Средняя теплоёмкость газов Сpt в процессе расширения в турбине при известном коэффициенте избытка воздуха может быть оценена из выражения:
Сpt
=
(1)
где - t0
= T0
– 273 – температура газа перед турбиной,
;
- t20 = T20 – 273 – температура газа за турбиной в конце изоэнтропийного расширения, ;
- Т20 – изоэнтропийная температура, К.
,
где (2)
.
Определение Сpt и Т20 производится по формулам (1) и (2) последовательным приближением.
Для первого приближения можно принять Срt=1,13 кДж/(кг К).
Отличие полученного значения Срt от принятого обычно не должно превышать 1%.
2.Обычно в газовых турбинах применяют ступени с реакцией на среднем диаметре в пределах =0,2…0,5,которые имеют более высокий КПД при работе на временных режимах. Вдоль проточной части степень реакции может оставаться постоянной или возрастать от первой и последней ступени в указанных пределах.
=1-
,
где
-
относительный диаметр ступени,
L
– высота рабочей лопатки, м
D- средний диаметр ступени, м.
В курсовом
проектировании значение
для первой ступени принимают по прототипу,
либо принять 1
и определить.
3.Судовые газовые турбины могут быть выполнены с постоянным средним диаметром D=const и постоянным внутренним диаметром Dk=const. Однако возможны и другие схемы проточной части, когда все диаметры не постоянны.
В курсовом проекте средний диаметр первой ступени D1 принимают по прототипу. Обычно он равен (1,0…1,3) среднего диаметра последней ступени осевого компрессора.
Окружная скорость U1 на среднем диаметре первой ступени из условий прочности должна находиться в пределах до 320…350 м/с.
4. Обычно в газовых турбинах изоэнтропийный теплоперепад в первых ступенях не превышает величины 150…250 кДж/кг, а в последних - в два раза меньше.
Таблица 5 Детальный расчёт ступеней газовой турбины
Наименование величины |
Обозна-чение |
Размер-ность |
Расчетная формула или способ определения |
Численные значения величин |
||||
1 |
Номера рассчитываемых ступеней |
i |
- |
- |
1 |
2 |
3 |
4 |
2 |
Давление газа перед ступенью |
P1 |
Мпа |
Из таблицы 1 |
1,0 |
0,636 |
0,380 |
0,209 |
3 |
Давление газа за ступенью |
P2 |
Мпа |
- |
0,636 |
0,380 |
0,209 |
0,1020 |
4 |
Располагаемый теплоперепад ступени |
|
|
См. п.1. Указаний |
137 |
139,7 |
142,2 |
146,2 |
5 |
Изоэнтропийная скорость в ступени |
Сиз |
м/с |
Сиз
=
|
523,5 |
528,5 |
533,3 |
540,7 |
6 |
Средний диаметр ступени |
D |
м |
Принимают по прототипу |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
7 |
Окружная скорость на среднем диаметре |
U |
м/с |
U =
|
271 |
271 |
271 |
271 |
8 |
Изоэнтропийная характеристика ступени |
vиз |
- |
Vиз
=
|
0,518 |
0,513 |
0,508 |
0,501 |
9 |
Скоростной коэффициент сопел |
|
- |
Принимают = 0,96…0,98 |
0,97 |
0,97 |
0,97 |
0,97 |
10 |
Степень реакции у корня |
|
- |
Принимают = 0…0,5 см.п.2. Указаний |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
11 |
Относительный диаметр |
|
- |
а затем уточняют |
12 |
8,7 |
6,1 |
4,3 |
12 |
Степень реакции на среднем диаметре |
|
- |
=
|
0,177 |
0,232 |
0,319 |
0,423 |
13 |
Действительная скорость истечения и сопел |
С1 |
м/с |
С1
=
|
461 |
463 |
440 |
399 |
14 |
Температура газа на выходе из сопел |
Тс |
К |
Тс
= Т1П Для первой ступени Т1П = Т0 |
1023 |
912 |
805 |
705 |
15 |
Давление газа на выходе из сопел |
Рс |
МПа |
Рс
= Р1П Для
I
ступени Р1 |
0,692 |
0,431 |
0,244 |
0,141 |
16 |
Удельный объём газа при выходе из сопел |
Vc |
м/с |
Vc
=
Cм.п.3. Указаний |
0,426 |
0,61 |
0,935 |
1,44 |
17 |
Угол выхода потока из сопел |
t |
град. |
См.п.4. Указаний |
12 |
13 |
15 |
18 |
18 |
Высота сопел |
Lc |
м |
Lc
=
|
0,0425 |
0,056 |
0,0784 |
0,112 |
19 |
Перекрыш |
ΔL |
м |
См.п.5. Указаний |
0,003 |
0,004 |
0,005 |
0,006 |
20 |
Высота рабочей лопатки |
L |
м |
См.п.6. Указаний |
0,0455 |
0,06 |
0,0834 |
0,118 |
21 |
Относительный диаметр (уточнённый) |
|
- |
|
10,99 |
8,33 |
6,0 |
4,24 |
22 |
Степень реакции у корня(проверка) |
|
- |
= 1 -
См.п.7. Указаний |
0,04 |
0,008 |
0,019 |
0,012 |
23 |
Относительная скорость хода на рабочий венец |
Wt |
м/с |
Определяется
графически из входного треугольника
скоростей или по формуле |
203,6 |
208 |
191,5 |
164,2 |
24 |
Угол входа потока на рабочий венец |
|
град. |
Из треугольника скоростей или по формуле:
|
28,1 |
30,3 |
36,4 |
48,7 |
25 |
Скоростной коэффициент рабочих лопаток |
|
- |
Принимаются = 0,95…0,97 |
0,96 |
0,96 |
0,96 |
0,96 |
26 |
Относительная скорость выхода потока из рабочих каналов |
W2 |
м/с |
|
288 |
315,6 |
342,6 |
372,6 |
принимают
по прототипу,
= Р0;Т1
= Т0
Наименование величины |
Обозна-чение |
Размер-ность |
Расчетная формула или способ определения |
Численные значения величин |
||||
27 |
Температура газов па выходе из рабочих каналов |
|
К |
|
1003 |
885 |
767 |
652 |
28 |
Удельный объем газа на выходе из рабочих каналов |
|
|
|
0,455 |
0,672 |
1,06 |
1,85 |
29 |
Угол выхода потока из рабочих каналов |
|
град |
|
19.3 |
19.8 |
20.7 |
23.8 |
30 |
Абсолютная скорость выхода потока из ступени |
|
м/с |
Из выходного графика скоростей или по формуле:
|
95 |
110 |
131 |
166 |
31 |
Угол выхода потока из ступени |
|
град |
Из графика скоростей или по формуле:
|
89,5 |
76,3 |
67,8 |
65 |
32 |
Потеря в соплах |
|
|
|
6,66 |
6,34 |
5,72 |
5,0 |
33 |
Потеря в рабочих каналах |
|
|
|
3,53 |
4,24 |
5,0 |
5,9 |
34 |
Потеря с выходной скоростью |
|
|
|
4,5 |
6,05 |
8,55 |
13,7 |
35 |
Окружной КПД ступени |
|
|
|
0,893 |
0,881 |
0,865 |
0,831 |
36 |
Коэффициент потерь на трение диска о газ |
|
|
|
0,0044 |
0,0029 |
0,0018 |
0,001 |
,
где i–номер
ступени
кДж/кг
Наименование величины |
Обозна-чение |
Размер-ность |
Расчетная формула или способ определения |
Численные значения величин |
||||
37 |
Относительный радиальный зазор рабочего венца |
|
|
Принимается
|
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
38 |
Коэффициент потерь от утечек газа через зазоры облопатывания
|
|
|
|
0,0388
|
0,0382 |
0,0375 |
0,036 |
39 |
Потерн на трение диска и утечки |
|
|
|
5,91 |
5,75 |
5,59 |
5,42 |
40 |
Температура газа за ступенью |
Т2 |
К |
|
1009 |
891 |
772 |
657 |
41 |
Полная температура за ступенью |
Т2п |
К |
|
|
|
|
|
|
|
Полное давление за ступенью
|
|
МПа |
|
0,6367 |
0,381 |
0,210 |
0,1025 |
|
|
Внутренний КПД ступени
|
|
|
|
0,85 |
0,84 |
0,825 |
0,794 |
|
|
Внутренний теплоперепад ступени
|
|
|
|
116,4 |
117,3 |
117,4 |
116,1 |
|
|
Внутренний КПД турбины |
|
|
|
|
|
0,8526 |
|
|
|
Внутренняя мощность турбины |
Nim |
квт |
Nim=GHali |
|
|
7008 |
|
где
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению детального расчета ступеней газовой турбины
(таблица 5)
1. Располагаемый теплоперепад первой ступени определяется из формулы:
,
а теплоперепады остальных ступеней по формуле:
,
где T1П =(T2П)i-1; и Р1П =(Р2П)i-1 полные параметры перед ступенью
Значения полных параметров предыдущей ступени (T2П)i-1; и (Р2П)i-1 определяются в пп. 41, 42 таблицы 5. При этом следует учесть, что детальный расчет ступеней выполняется последовательно, т.е. расчет последующей ступени начинается только после окончания расчета предыдущей ступени.
2. В турбинах для уменьшения потерь от подсоса у корня и утечек у вершин лопаток стремятся получить реакцию у корня, близкую к нулю, а именно:
к-0... + 0,05.
Если
принято
к,
то реакция на среднем диаметре будет
равна:
,
где
-
относительный диаметр.
В первом приближении можно принять, что , от первой до последней ступенеи изменяются по линейному закону.
,
где Z - число ступеней,
i - номер ступени,
1 и 2- относительный диаметр первой и последней ступеней прототипа.
3. Для продуктов сгорания жидкого топлива значение газовой постоянной может быть принято
Rг = 0,2885 кДж/кгК .
4. Угол выхода потока из сопел 1 принимается для первой ступени в пределах 1 =12...14°, а в последующих 1 можно увеличивать до 30°, если это необходимо для обеспечения плавного очертания проточной части турбины. При известной высоте сопла L угол 1 можно определить из формулы:
5. Высота рабочих лопаток LЛ назначается больше высоты сопел Lc на величину перекрыша L
LЛ= Lc + L .
Величина L, в свою очередь, определяется как сумма перекрышей верхнего b и нижнего Н:
L = b + Н . Значения b и Н зависят от высоты сопла и приведены ниже в таблице 6
Таблица 6 Нижние и верхние перкрытия сопел
Высота сопловых лопаток, мм
|
Перекрыш, мм |
||
верхний b |
нижний Н |
L |
|
до 35 |
1,0 |
1,5…2,0 |
2,5…3 |
35…55 |
1,0 |
2,0…2,5 |
3…3,5 |
55…75 |
1,5…2,0 |
2,5…3,0 |
4…5 |
75…150 |
2,0…2,5 |
3,0…3,5 |
5…6 |
150…300 |
2,5…3,0 |
3,5…4,0 |
6…7 |
300…400 |
5…6 |
6,5…7,5 |
11,5…13,5 |
6. При определении высот сопел и рабочих лопаток следует проверить плавность проточной части турбины. Высоты лопаток должны равномерно возрастать, а раскрытие угла проточной части не должно превышать 15 - 20°. При необходимости высоту сопел следует регулировать соответствующим изменением угла 1.
7. Полученное при проверке значение к должно находиться в рекомендованных пределах к = 0...+ 0,05. В противном случае следует значение ., полученное в п. подставить в п. 11 и повторить расчет по пп.11 - 22 во втором приближения.