Предварительный тепловой расчет турбины

 

В том случае, если Σh_огр¹≠(1+α) Н_о^*, то вычисляется невязка ∆=(1+α) Н_о^*- Σh_огр, которая распределяется по ступеням пропорционально определенным тепловым перепадам ∆h_o¹=(∆/ (Σ∆h_oгр¹)) h_огр¹, кДж/кг.

В последнюю графу таблицу занесены откорректированные значения h_oⁱ= h_oгрⁱ±∆h_oⁱ. Величины d_i, θi , h_oⁱ идут в основу подробного (окончательного) расчета ступеней турбины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательный тепловой расчет турбины.

 

1.Расчет утечек пара через переднее концевое лабиринтное уплотнение.

 

1. Диаметр уплотнения d_у=0,5.

2. Определяем число гребешков  в уплотнении:

Z_ку= ,

где Р₁ – давление пара перед уплотнением,  берется равным из предварительного расчета давлению за соплом регулирующей ступени Р₁= Р₁^рс=90 бар;

      Р₂ – давление за первой группой уплотнительных гребешков, берется равным давлению в выхлопном патрубке турбины Р₂=Р_к=21 бар;

      0,8 бар/греб – приблизительный перепад давления, срабатываемый одним гребешком уплотнения.

3. Находим площадь зазора в  уплотнении F_ку:

м²,

где м.

4. Вычисляем величину утечки  пара через концевые уплотнения:

где μ_ку =0,7035 – коэффициент расхода (рис.7 стр. 21),

      ν₁=0,037 – удельный объем пара в камере перед уплотнением. Он равен удельному

 

объему в точке 3 предварительного теплового процесса.

5. Определяем полный расход пара  G_о на турбину при расчетной мощности N_э:

G_o=G+G_ку=127,412+0,8927=128,3047 кг/с,

где G - расчетный расход пара на турбину.

 

2 Расчет регулирующей ступени.

 

1. Уточняем высоту сопл ступени:

м,

где l_c – высота сопла, взятая из предварительного расчета ступени.

2. По заданной мощности выбираем тип колеса скорости КС-1А, а из рис.8 – длину хорды  профиля сопловой решетки b_c = 51,5·10^-3.

3. Определяем отношение:

 

 

 

 

 

 

где l_c^*- уточненная высота сопловой решетки.

4. Находим отношение:

,

где α_о=90^о – угол входа пара в сопловую решетку;

      α₁ – угол выхода пара из сопловой решетки, найденный в предварительном расчете регулирующей ступени.

5. Из рис.9 определяем коэффициент  расхода μ_с = 0,959 по вычисленным b_c/l_c^* и sinα_o/sinα₁.

6. Вычисляем площадь выходного  сечения сопла F_c:

м²,

где ν_1t и С_1t известны из предварительного расчета.

7. Находим степень парциальности  ступени:

.

8. Из рис.8 определяем относительный шаг решетки по известному углу α₁=14^о и принятому установочному углу α_у=36 град.

=0,72.

9. Вычисляем шаг t_с сопловой решетки:

            м.

10. Определяем осевую ширину  сопловой решетки:

            11. Находим ширину сопловых каналов  а_с:

12. Вычисляем число сопл Z_c в решетке:

13. Уточняем величину степени парциальности е^*:

14. Задаемся по данным табл.2 отношениями  горловых сечений венцов первой, направляющей и второй рабочей  решеток в пропорции:

Тогда выходное сечение лопаточного аппарата:

а) первой рабочей решетки

F_p1=1,5F_c=1,5·0,0102=0,0153 м²

б) направляющей решетки

F_н=2,5F_c=2,5·0,0102= 0,0255 м²

в) второй рабочей решетки

F_p2=3,8F_c=3,8·0,0102=0,03876 м²

15. Задаемся отношением венцов  первой рабочей, направляющей и второй рабочей решетки к высоте сопловой:

   

Тогда высоты выходных сечений:

а) первого рабочего венца

l_p1=1,2l_c^*=1,2·21,34 =25,6 м;

б) направляющей решетки

l_н=1,44l_c^*=1,44·21,34 =30,7 м;

в) второго рабочего венца

l_з2=1,73l_c^*=1,73·21,34 =36,9 м.

16. Определяем углы выхода потока  пара из:

а) рабочих лопаток первого венца

;     

б) направляющих лопаток             ;     

в) рабочих лопаток второго венца

 

17. Из рис.10 определяем относительный шаг решеток и установочные углы:

а) первой рабочей      (Р-2617А)

 

б) направляющей       (Р-3525А)

в) второй рабочей      (Р-5033А)

 

 

.

18. Вычисляем шаги решеток:

а) первого рабочего венца

где b_p1=25,72·10^-3 м –хорда профиля Р-2617 первой рабочей решетки (рис.10);

б) направляющей

где b_н=25,41·10^-3 м  - хорда профиля Р-3525 А (рис.10);

в) второго рабочего венца

.

19. Определяем число лопаток:

а) первого рабочего венца

 

    ;

б) направляющих

в) второго венца

20. Находим осевую ширину решеток:

а) первого рабочего венца

;

б) направляющей

;

в) второго рабочего венца

.

21. Уточняем величину коэффициента скорости сопла по найденному значению высоты сопловой решетки φ^*_с=0,957 из рис.3:

22. Определяем действительную скорость  пара за сопловой решеткой:

.

23. По известным U=149,15 м/с(29,8мм), α=14^о, С₁₌464,336м/с(92,8) в масштабе 1мм – 5 м/с строим выходной треугольник скоростей сопловой решетки, из которого определяем графически относительную скорость пара на входе в рабочие лопатки первого венца W₁=332,5 м/с(64,5мм) и входной угол β₁=20^о.

24. По полученным значениям β_1, β₂, l_p1 из рис.12 находим величину коэффициента скорости ψ_р1=0,929 рабочих лопаток первого венца.

25. Распределяем суммарную реактивность  на регулирующей ступени Σρ:

а) на первый рабочий венец

ρ₁=0,2 Σρ=0,2·0,11=0,022;

б) на направляющие лопатки

 

 

ρ_н=0,5 Σρ=0,5·0,11=0,055;

в) на второй рабочий венец

ρ₂₁=0,3 Σρ=0,3 ·0,11=0,033.

26. Рассчитываем располагаемые  тепловые перепады на лопатках:

а) рабочих первого венца

б) направляющих

в) рабочих второго венца

 

 

 Контроль:

27. Определяем теоретическую относительную  скорость пара на выходе из  рабочих лопаток первого венца:

28. Находим тепловую потерю ∆h_p1  на рабочих лопатках первого венца:

29. Вычисляем действительную относительную  скорость пара W₂ на выходе из рабочих лопаток первого венца:

30. По известным значениям U=149,15м/с(29,8 мм), β₂=17,698⁰, W₂=307,842(72,9 мм) строим выходной треугольник скоростей первой рабочей решетки, в том же масштабе, из которого графически находим величину абсолютной скорости пара на выходе из первого венца С₂=174м/с(34,8мм) и выходной угол α₂=31,3⁰.

31. Рассчитываем теоретическую  абсолютную скорость пара C_1t^’ на выходе из направляющих лопаток:

32. По известным значениям α₁^’, α₂, l_н по рис.12 находим величину коэффициента скорости направляющих лопаток ψ_н=0,939 также, как и для лопаток первого венца.

33. Определяем тепловую потерю ∆h_н на направляющих лопатках:

34. Вычисляем действительную абсолютную  скорость пара С₁^’ на выходе из направляющих лопаток:

35. По известным значениям U=149,15(29,8) мм, α₁=25⁰, С₁^’=198,783м/с (39,7мм) строим выходной треугольник скоростей направляющей решетки, из которого графически определяем величину относительной скорости пара W₁^’=90 м/с на входе в рабочие лопатки второго венца и угол входа β₁^’=69⁰.

36. вычисляем теоретическую относительную  скорость пара  в выходном сечении рабочих лопаток второго венца:

37. По найденным значениям β₁^’, β₂, l_p2 по рис.12 находим величину коэффициента скорости рабочих лопаток второго венца ψ_р2=0,948.

 

 

38. Определяем тепловую потерю ∆h_p2 на втором венце рабочих лопаток:

39. Вычисляем действительную относительную  скорость пара  на выходе из рабочих лопаток второго венца:

40. По известным значениям U=149,15(29,8 мм), β₂^’=32,3⁰, W₂^’=122,947м/с(28,8 мм) строим выходной треугольник скоростей рабочей решетки второго венца, из которого графически определяем величину абсолютной скорости параС₂^’=80 м/с из регулирующей ступени и угол выхода α₂^’=125⁰.

 41. Вычисляем потерю тепла  ∆h_вс с выходной скоростью:

42. Определяем относительный лопаточный  КПД регулирующей ступени по  потерям:  43. То же, по данным треугольников скоростей

.

Контроль. Относительная разность между  и составляет 1,5%.

44. Определяем энтальпию пара  на выходе из:

а) сопловой решетки

б) рабочих лопаток первого венца

в) направляющих лопаток

г) рабочих лопаток второго венца

.

45. Строим схему действительного  процесса расширения пара в  регулирующей ступени в i-s диаграмме и находим удельные объемы:

а) за соплами ν_с=0,0395 м³/кг;

б) за вторыми рабочими лопатками ν_р2=0,041 м³/кг.

46. Вычисляем средний  объем  пара ν_ср, в котором вращается диск ступени:

 

47. Находим потерю мощности N_тв на трение и вентиляцию:

 

где λ=1 для Р₀≥90 бар.

48. Находим потерю тепла ∆h_тв на трение и вентиляцию: 

 

49. Рассчитываем потерю тепла ∆h_вк на выталкивание неподвижной, относительно рабочих решеток, массы пара:

где m=4 число разделенных промежутками сопловых групп для турбин ТМЗ.

50. Вычисляем относительный внутренний  КПД ступени:

51. Определяем энтальпию пара i_рс за ступенью:    

52. Находим использованный тепловой перепад регулирующей ступени:

53. Определяем относительный внутренний  КПД ступени:

54. Находим внутреннюю мощность  регулирующего колеса:

55. Находим состояние пара за регулирующей ступенью с учетом всех потерь по i-s диаграмме:

а) давление Р_рс=80 бар;

б) температура t_рс=475⁰С.

56. Заканчиваем построение теплового процесса двухвенечной регулирующей ступени в i-s диаграмме. Тепловой процесс колеса скорости представляется ломаной 2-3-4-5-6-7-8-9.

Отрезок 2-3 представляет процесс расширения пара в сопловой решетке; 3-4 – на рабочих лопатках первого венца; 4-5 – на направляющих лопатках; 5-6 –  на рабочих лопатках второго венца.

Отрезок 6-9 представляет собой повышение энтальпии пара за счет потерь тепла в ступени, где 6-7 – потеря с выходной скоростью; 7-8 – от трения и вентиляции; 8-9 – от выколачивания застойного пара из рабочих лопаток потоком свежего пара.

 

 

3. Расчет первой ступени  давления

Из предыдущих расчетов известны:

1. Расход пара на ступень G=127,412 кг/с;

2. Средний диаметр ступени d₁=0,9м;

3. Ориентировочная высота сопла l_c1=21,34*10^-3 м;

4. Отношение θ=d₁/l_c1=42,174;

5. Располагаемый тепловой перепад на ступень h₀₁=45,5316 кДж/кг;

6. Отношение скоростей X₀=U/C₀=0,29;

7. Параметры пара перед ступенью:

а) давление Р₀₁=Р_рс=80 бар;

б) температура t₀₁=t_pc=475⁰C;

в) энтальпия i₀=i_pc=3469,7 кДж/кг;

8. Степень парциальности ε=1.

 

 

Порядок расчета.

1. Определим среднюю степень  реакции ступени:

.

2.Подсчитаем располагаемый тепловой  перепад на сопловую решетку:

.

3. Вычислим теоретическую скорость  на выходе пара из сопловой решетки при изоэнтропийном расширении:

4. Выбираем тип ступени давления  для формирования всей проточной  части турбины КД-2-3А по данным  таблицы 2.

    С целью унификации  профилей проточной части принимаем  для всех ступеней α₁=const, β₂=const.

5. Рассчитываем отношение

.

6. По рис.9 определяем коэффициент  расхода  для сопловой решетки.

7. Строим тепловой процесс ступени  в i-s диаграмме и находим:

а) удельный объем, соответствующий параметрам состояния пара на выходе из сопл при изоэнтропном расширении

ν_1t=0,045 м³/кг;

б) давление за соплом

Р_с=71,9 бар;

в) давление за ступенью

.

8. Высчитываем расчетную площадь  горловых сечений сопловой решетки:

9. Подсчитаем высоту сопловой  решетки:

/

10. Вычисляем высоту рабочей лопатки:

где ∆_к и ∆_п – величины перекрыш (стр.15).

11. Рассчитаем площадь выходного  сечения рабочей решетки :

Контроль

 

 12. Из рис.8 определяем относительный  шаг решетки  по известному углу α₁=14. Установочный угол α_у=38 выбираем с таким расчетом, чтобы находился в оптимальном диапазоне, указанном в таблице на рис.8.