4. Форма профиля канала в первую очередь определяется безразмерной скоростью потока М1t (число Маха). По величине М1t выбирается тип решетки. М1tприменяются профили решеток с суживающимися каналами.
2.2.2 Расчет суживающихся сопл
1. Определяем выходное сечение суживающихся сопл:
, мм2
где G - расход пара на турбину, кг/с;
Gут - количество пара, утекающее через переднее концевое уплотнение турбины, , кг/с;
теоретический удельный объём пара за соплами, м3/кг;
- коэффициент расхода сопловой решетки, принимается равным 0,97 (для пара практически с любым перегревом);
-теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки при изоэнтропном расширении, м/с.
мм2
2. Произведение степени парциальности ступени на высоту сопловой решетки:
, мм
где - степень парциальности ступени, представляет собой долю рабочих лопаток от общего числа, которые в данный момент времени находятся против сопл подачи пара на рабочее колесо;
l1 - высота сопловой решетки, мм;
dpc - средний диаметр регулирующей ступени, м;
- выходной угол сопл выбирается из таблицы 2.1 [1].
мм
3. Оптимальная степень парциальности для одновенечной ступени:
Значение должно подставляться в сантиметрах.
4. Высота сопловой решетки:
, мм
мм
5. Потери тепла в соплах:
, кДж/кг
где - располагаемый тепловой перепад сопловой решетки, кДж/кг;
- скоростной коэффициент сопловой решетки, принимается в зависимости от l1 (рис 2.5) [1], =0,962.
кДж/кг
6. Тип профиля сопловой решетки выбирается по известным М1t=0,647 и =14о из приложения 2 [1].
Тип профиля сопловой решетки: С-90-15А
7. По характеристике выбранной решетки принимается относительный шаг tопт:
Шаг решетки:
, мм
где tопт - оптимальный относительный шаг (приложение 2 [1] ), tопт=0,80;
b - хорда профиля (приложение 2 [1] ), b=5,15 см = 51,5 мм;
мм
8. Выходная ширина канала сопловой решетки:
, мм
мм
9. Число сопел:
,
Таблица 6.1
Геометрические характеристики профилей МЭИ
|
Тип профиля |
1э, 2э град |
0расч, 1расч |
(М1t)опт, (М2t)опт |
b1, b2 мм |
F, см2 |
Iмин, см4 |
Wмин, см3 |
||
|
Сопловые решетки |
|||||||||
|
С-90-12А |
10-14 |
70-120 |
0,72-0,87 |
до 0,85 |
52,5 |
4,09 |
0,591 |
0,575 |
|
|
С-90-15А |
13-17 |
70-120 |
0,70-0,85 |
до 0,85 |
51,5 |
3,3 |
0,36 |
0,45 |
|
|
С-90-18А |
16-20 |
70-120 |
0,70-0,80 |
до 0,85 |
47,1 |
2,72 |
0,243 |
0,333 |
|
|
С-90-22А |
20-24 |
70-120 |
0,70-0,80 |
до 0,90 |
45,0 |
2,35 |
0.167 |
0,265 |
|
|
С-90-27А |
24-30 |
70-120 |
0,65-0,75 |
до 0,90 |
45,0 |
2,03 |
0,116 |
0,195 |
|
|
С-90-12Б |
10-14 |
70-120 |
0,72-0,87 |
0,85-1,15 |
56,6 |
3,31 |
0,388 |
0,420 |
|
|
С-90-15Б |
13-17 |
70-120 |
0,70-0,85 |
0,85-1,15 |
52,0 |
3,21 |
0,326 |
0,413 |
|
|
С-90-12Р |
10-14 |
70-120 |
0,58-0,68 |
1,4-1,8 |
40,9 |
2,30 |
0,237 |
0,324 |
|
|
С-90-15Р |
13-17 |
70-120 |
0,55-0,65 |
1,4-1,7 |
42,0 |
2,00 |
0,153 |
0,238 |
|
|
Рабочие решетки |
|||||||||
|
Р-23-14А |
12-16 |
20-30 |
0,60-0,75 |
до 0,95 |
25,9 |
2,44 |
0,43 |
0,39 |
|
|
Р-26-17А |
15-19 |
23-35 |
0,60-0,70 |
до 0,95 |
25,7 |
2,07 |
0,215 |
0,225 |
|
|
Р-30-21А |
19-24 |
25-40 |
0,58-0,68 |
до 0,90 |
25,6 |
1,85 |
0,205 |
0,234 |
|
|
Р-35-25А |
22-28 |
30-50 |
0,55-0,65 |
до 0,85 |
25,4 |
1,62 |
0,131 |
0,168 |
|
|
Р-46-29А |
25-32 |
44-60 |
0,45-0,58 |
до 0,85 |
25,6 |
1,22 |
0,071 |
0,112 |
|
|
Р-27-17Б |
15-19 |
23-45 |
0,57-0,65 |
0,80-1,15 |
25,4 |
2,06 |
0,296 |
0,297 |
|
|
Р-30-21Б |
19-24 |
23-40 |
0,55-0,65 |
0,85-1,10 |
20,1 |
1,11 |
0,073 |
0,101 |
|
|
Р-35-25Б |
22-28 |
30-50 |
0,55-0,65 |
0,85-1,10 |
25,2 |
1,51 |
0,126 |
0,159 |
|
|
Р-21-18Р |
16-20 |
19-24 |
0,60-0,70 |
1,3-1,6 |
20,0 |
1,16 |
0,118 |
0,142 |
|
|
Р-25-22Р |
20-24 |
23-27 |
0,54-0,67 |
1,35-1,6 |
20,0 |
0,99 |
0,084 |
0,100 |
Профиль сопловой и рабочей решёток выбирают по значениям углов выхода потока б1 и в2, которые в дозвуковом диапазоне скоростей практически равны эффективным углам б1эф=arcsin(a1/t1) и в2эф=arcsin(a2/t2). Выбранный профиль проверяют по близости углов входа потока б0 и в1, полученным из теплового расчёта турбинной ступени. Если разница значений углов менее 5-10 градусов, то выбирают тот профиль, у которого она минимальна. В условиях проектируемой ступени такой профиль будет работать с небольшими углами атаки на входе в решётку. При этом его эффективность несколько уменьшится по сравнению с обтеканием профиля при нулевом угле атаки.
2.3 Расчет одновенечной регулирующей ступени
1. Степень реакции, принятую ранее (2.2), следует распределить по венцам:
где степень реакции первого венца рабочих лопаток;
%=0,1
2. Тепловой перепад, используемый в соплах (), откладывается от точки (рис 2).
Тепловой перепад, используемый на лопатках:
, кДж/кг
кДж/кг
откладывается согласно распределению степени реакции по лопаточному аппарату ступени, для построения процесса расширения пара в диаграмме через концы отрезков проводятся изобары (рис 2).
Построение треугольников скоростей и определение всех их элементов дает возможность выбрать типы профилей лопаточных решеток, определить потери в лопаточном аппарате, относительный лопаточный КПД, шаг и количество лопаток.
3. Выходной треугольник скоростей первого венца строится по углу , скоростям С1 и U (рис 3) в масштабе 1 мм. - 5 м/с.
где - берем из таблицы 2.1;
U - окружная скорость вращения диска;
С1 - абсолютная скорость пара на выходе из сопловой решетки:
, м/с
- коэффициент скорости сопловой решетки, =, принимаем равным 0,95;
-теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки при изоэнтропном расширении, м/с;
м/с
4. Графически из входного треугольника скоростей определяем величину относительной скорости на входе в рабочую решетку первого венца и угол (рис 3) и проверяем по формулам:
; =22о
, м/с
м/с
5. Для выходного треугольника скоростей определяем угол на выходе из рабочей решетки первого венца:
,
6. Выходная высота рабочей решетки равна входной высоте:
, мм
Выходная площадь рабочей решетки:
, м2
где G - расход пара на турбину, кг/с;
V2t - удельный объём пара за рабочей решеткой первого венца, определяется в результате построение процесса расширения пара в is- диаграмме, которое производится следующим образом. От конца теплового перепада в соплах (рис. 2 точка а) вверх откладывается величина потерь в соплах (отрезок ав), через точку «в» проводится линия энтальпии - константа до пересечения с изобарой (точка с). Располагаемый перепад на рабочей решетке первого венца будет равен отрезку сd. Значение V2t берется по изохоре в точке d.
V2t =0,052 м3/кг;
- коэффициент направляющей решетки, определяется по (рис 2.6) [1] в зависимости от степени реакции и состояния пара, =0,942;
-теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решетки первого венца:
, м/с
м/с
м2
мм
Действительная относительная скорость на выходе из рабочей решетки первого венца:
, м/с
где - скоростной коэффициент, определяется в зависимости от l2 величины углов и по графику (рис 2.9) [1], =0,873.
м/с
По определенным и строится входной треугольник скоростей.
Из выходного треугольника скорости определяется абсолютная скорость выхода пара С2 и угол выхода потока в абсолютном движении графически проверяются по формулам:
;
, м/с
м/с
7. Определяем потери тепла в рабочей решетке первого венца:
, кДж/кг
кДж/кг
8. Определяем потери тепла с выходной скоростью:
, кДж/кг
кДж/кг
9. Выбор профилей лопаточных решеток производится по известным углам и, и числом Маха. Типовые ступени скорости приведены в приложении.
где - скорость звука в изоэнтропном процессе на выходе из решеток первого венца:
, м/с
где К =1,3 (для перегретого пара);
Па, (рис 2);
м3/кг, (рис 2).
м/с
10. По относительным шагам решеток определяются шаги t:
, мм
а) сопловой решетки: мм, профиль С-90-15А
б) рабочей решетки первого венца: мм, профиль Р-26-17А
bc, - хорды выбранного профиля соответствующей решетки, смотрим по приложению 2.
11. Количество лопаток для любой решетки:
Полученные значения округляем до ближайшего целого числа.
12. Относительный лопаточный КПД ступени:
а) по потерям энергии в проточной части:
б) по проекциям скоростей:
Тепловой расчет ступени выполнен правильно, т.к. величины КПД, вычисленные по данным формулам, должны иметь расхождения не более 1 - 2 % (0,01 - 0,02).
13. Определяем потери тепла на трение и вентиляцию:
,
где NТВ - мощность, затраченная на трение и вентиляцию, кВт.
, кВт
- коэффициент, зависящий от состояния пара для насыщенного и влажного пара ; для перегретого пара ;
Vcp = V2t =0,052 м3/кг - удельный объём пара на выходе из сопла;
=опт - степень парциальности при впуске пара;
G - расход пара на турбину.
кВт
В is-диаграмме, откладывая потери тепла на трение и вентиляцию , и потери с выходной скоростью находим использованный теплоперепад на регулирующую ступень. На рис. 2 равны отрезку zк, - отрезку уz. Точка «О» - точка конца процесса в ступени.
Расчет одновенечной ступени сводится в таблицу 2.
Таблица 2
Сводная таблица расчета одновенечной ступени скорости
|
№ |
Наименование |
Ед. изм. |
Решетки |
Примечание |
||
|
Сопловые |
1го венца |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
1. |
Расход пара |
кг/с |
87,21 |
|||
|
2. |
Средний диаметр |
м |
0,94 |
|||
|
3 |
Окружная скорость |
м/с |
147,6 |
|||
|
4. |
Начальное давление |
МПа |
9,0 |
|||
|
5. |
Начальная температура |
С |
541 |
|||
|
6. |
Располагаемый теплоперепад ступени |
кДж/кг |
100 |
|||
|
7. |
Степень реакции |
0,1 |
0,1 |
Принимается |
||
|
8. |
Располагаемый теплоперепад решетки |
кДж/кг |
90 |
10 |
||
|
9. |
Давление пара за решеткой |
МПа |
6,75 |
6,5 |
По диаграмме рис. 2.7 |
|
|
10. |
Удельный объем пара за решеткой |
м3 /кг |
0,049 |
0,052 |
||
|
11. |
Коэффициент расхода |
0,97 |
0,942 |
По рис. 2.6 |
||
|
12. |
Выходная площадь |
м2 |
0,010383 |
0,016 |
||
|
13. |
Угол входа |
град |
90 |
22 |
||
|
14. |
Угол выхода |
град |
14 |
18 |
||
|
15. |
Профиль решетки |
С-90-15А |
Р-26-17А |
|||
|
16. |
Степень парциальности |
0,6 |
Определяется как |
|||
|
17. |
Хорда профиля |
мм |
51,5 |
25,7 |
||
|
18. |
Относительный шаг |
0,80 |
0,65 |
|||
|
19. |
Число лопаток |
43 |
177 |
|||
|
20. |
Коэффициент скорости |
0,962 |
0,873 |
Рис. 2.5 |
||
|
21. |
Действительная скорость выхода |
м/с |
403,1 |
258,6 |
||
|
22. |
Потеря энергии в решетке |
кДж/кг |
6,71 |
10,4 |
||
|
23. |
Потеря с выходной скоростью |
кДж/кг |
8,1 |
|||
|
24. |
Относительный лопаточный КПД |
0,029 |
Величина по двум |
|||
|
25. |
Потери на трение диска |
0,8 |
Способам подсчета |
|||
|
26. |
Использованный теплоперепад |
кДж/кг |
83 |
Литература
1. Теория и конструкции нагнетателей и тепловых двигателей. Методические указания (для внутривузовского пользования). Павлодар 2004.
2. Семенов А.С., Шевченко А.М. «Тепловой расчет паровой турбины». Киев: Высшая школа, 1975 г. 208 с.
3. Костюк А.Г., Фролов В.В. «Турбины тепловых и атомных электрических станций». М.: Издательство МЭИ, 2001г.
4. Занин А.И., Соколов В.С. «Паровые турбины». Учебное пособие для СПТУ. М.: Высшая школа, 1998г. 208 с.