Расчет регулирующей ступени

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Тепловой расчет турбины выполняется в два этапа:

1-й этап — предварительный (ориентировочный) расчет;

2-й этап — подробный расчет.

Задачей ориентировочного расчета является определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням.

В подробном расчете рассчитываются треугольники скоростей, потери, КПД ступеней, размеры проточной части, выбираются профили облапачивания, рассчитываются мощность и КПД турбины в целом.

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

Определение номинальной мощности ЦВД

По известным Р₀ =12,8 МПа и t₀ = 550°С определяем i₀=3473,46 кДж/кг и S₀ =6,61802 кДж/кг*К.

По P_к=1,35 МПа и S₀ =6,61802 кДж/кг*К → i_к_t=2850,9881 кДж/кг.

Тепловой перепад:

H₀= i₀- i_kt= 3473,46 – 2850,9881 = 622,4719 кДж/кг.

Произведение КПД принимается

МВт

Расход пара:

Построение рабочего ориентировочного процесса в ЦВД

1.2.1 Определяем давление перед соплами первой ступени

Потери давления на впуске оцениваются в 3¸4%. Следовательно, давление перед соплами первой ступени:

МПа.

p’_о=12,16 МПа и i₀ = 3473,46 кДж/кг → S’_о =6,6398 кДж/кг*К;

Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень.

1.2.2 Оценка экономичности регулирующей ступени.

Внутренний относительный КПД для одновенечной регулирующей ступени:

u₀=0,027348 м³/кг.

1.2.3 Построение ориентировочного процесса регулирующей ступени в h-s диаграмме

Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени:

кДж/кг.

Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени

кДж/кг.

1.2.4 Оценка экономичности нерегулируемых ступеней ЦВД.

Располагаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени:

кДж/кг;

u₁=0,0355 м³/кг; u₂=0,166349 м³/кг;

м³/кг;

1.2.5 Определение состояния пара за ЦВД:

Использованный тепловой перепад всего ЦВД:

кДж/кг.

Внутренний относительный КПД ЦВД:

Уточняем расход пара:

Ориентировочный расчет регулирующей ступени

Для одновенечных ступеней задаемся:

· степенью реакции регулирующей ступени: r=0,12;

· углом направления потока пара соплами: a_1Э=12°;

· отношением скоросте: u/c₀=0,4.

Условная теоретическая скорость по всему располагаемому тепловому перепаду:

м/с

Располагаемый тепловой перепад в соплах:

кДж/кг.

Теоретическая скорость истечения из сопл:

кДж/кг

Окружная скорость на среднем диаметре регулирующей ступени:

м/с.

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с

Средний диаметр ступени:

м.

Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки:

м.

Оптимальная степень парциальности:

Высота сопловой решетки:

мм.

Определение размеров первой нерегулируемой ступени

Для активных турбин задаемся:

· Следующими значениями теплоперепадов: h₀^I=35;40;45;50;55;60 кДж/кг

· Степенью реакции ступени, r_I=0,12

· Величиной

· Углом потока за сопловой решеткой, a_1Э=12°

Таблица 1.1

Величина	Размер-ность
	кДж/кг
	—	0,44	0,44	0,44	0,44	0,44	0,44
	м/с	264,6	282,8		316,2	331,7	346,4
	м/с	116,4	124,4		139,1	145,9	152,4
	м	0,741	0,792	0,841	0,886	0,929	0,971
	—	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12
	кДж/кг	30,8	35,2	39,6		48,4	52,8
	м/с	248,2	265,3	281,4	296,6	311,1
	м³/кг	0,03772	0,03812	0,03853	0,03894	0,03935	0,03977
	мм	25,17	23,8	22,68	21,75	20,95	20,27
	—	14,27	12,49	11,1		9,08	8,33

К=1,1; α=0,028; µ₁=0,97; d^PC=1,0499 м.

Выбираем диаметр первой нерегулируемой ступени, число ступеней и высоту сопла:

· средний диаметр — d^I=0,886 м;

· число ступеней — z=10 шт;

· высота сопла — l₁^I =21,75мм;

h₀^I=50 кДж/кг;

l₂=l₁+Δ=21,75+3=24,75 мм;

d_k=d^I-l₂=886-24,75=861,25 мм.

Определение размеров и теплового перепада последней ступени ЦВД

Примем

По и определяем

Подсчитываем скорость, задавшись ,

По уравнению неразрывности определяем выходную площадь рабочей решетки:

Корневой диаметр:

d_k=d^I-l₂=886-24,75=861,25 мм.

Средний диаметр:

Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада

Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производится следующее графическое построение. Берется в качестве базы отрезок прямой 200¸300 мм. На концах этого отрезка в определенном масштабе откладываются диаметры первой и последней нерегулируемых ступеней. Соединяя концы этих отрезков, проводим линию предполагаемого изменения диаметров. Для ЦВД мощных турбин значения х₀, r, a_1Э выдерживаются постоянными, а линия диаметров может изображаться прямой линией. По графикам изменения диаметров и х₀ можно построить кривую изменения тепловых перепадов.

На основании этих зависимостей определяется средний тепловой перепад на одну ступень:

где m — число отрезков

Число нерегулируемых ступеней:

, где

a — коэффициент возврата теплоты;

Т.к. весь процесс в области перегретого пара, то k=4,8×10^-4

Таблица 1.3

№ ступени	Диаметр	h₀ по графику	±h - поправка	Коррект. величина	Степень реакции, r
	0,886	48,87	+1,76	51,63	0,12	0,44
	0,888	48,09	+1,7	49,79	0,12	0,44
	0,890	48,16	+1,7	49,76	0,12	0,44
	0,892	48,23	+1,7	49,93	0,12	0,44
	0,894	48,24	+1,7	49,94	0,12	0,44
	0,896	48,2	+1,7	49,9	0,12	0,44
	0,898	48,16	+1,7	48,86	0,12	0,44
	0,900	48,12	+1,7	49,82	0,12	0,44
	0,910	48,93	+1,73	50,66	0,12	0,44
	0,930	48,6	+1,72	50,32	0,12	0,44
	0,960	49,29	+1,73	51,02	0,12	0,44