Материал: Расчет ступени осевой турбины

Расчет ступени осевой турбины

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Факультет теплоэнергетический

Кафедра ОиЭГ

Расчет ступени осевой турбины

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

.01.2017. 411 .420.300.005 ПЗ

Краснотурьинск 2017

Содержание

Введение

. Определение основных геометрических размеров меридионального сечения ступени турбины

. Определение параметров потока в сопловом аппарате ступени на среднем диаметре

. Определение параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса на среднем диаметре

. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянной циркуляции ()

. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянства угла абсолютной скорости α1=const для втулочного диаметра

. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону гиперболического возрастания к корню тангенса угла потока в осевом зазоре

. Профилирование элементов ступени турбины в корневом сечении

Заключение

Список литературы

меридиональный турбина сопловой лопатка

Введение

Ступень осевой турбины состоит из соплового аппарата и рабочего колеса. Главной задачей инженеров при проектировании ступени турбины является достижение максимальной экономичности и надежности при минимальной стоимости. Целью данного расчета является определение газодинамических параметров ступени осевой турбины на среднем диаметре, газодинамический расчет ступени на различных радиусах с учетом законов закрутки.

В детальном расчете ступени турбины по среднему диаметру определяются значения скоростей и углов потока, которые соответствуют заданному значению термодинамических параметров, следовательно, и эффективному теплоперепаду ступени. Расчетные зависимости между эффективным теплоперепадом и кинематическими параметрами ступени получаются из совместного решения уравнений неразрывности потока, моментов количества движения и уравнения энергии. Эти уравнения решаются для различных диаметров ступени, но с учетом всех потерь, имеющихся в проточной части ступени. Также для определения термодинамических параметров ступени необходимо оценить степень реактивности, следует иметь ввиду, что с увеличением степени реактивности ступени коэффициент нагрузки уменьшается, существенного возрастания КПД не происходит, а закрутка за рабочим колесом возрастает. Также увеличиваются потери в радиальном зазоре, что может привести к снижению КПД.

Построение профилей сечений рабочей лопатки на различных радиусах производится на основе результатов расчета параметров потока по радиусу лопатки для выбранного закона профилирования.

Профилирование является сложным и трудоемким процессом, поскольку взаимодействие рабочей части лопатки с газом должно удовлетворять целому ряду требований газовой динамики, прочности и технологичности конструкции.

Задача проектирования сводится к поиску такой геометрии лопаток, которая обеспечивала бы заданное изменение скоростей потока на всех радиусах проточной части с минимальными гидравлическими потерями. В дополнение к этому спроектированный венец удовлетворительно работать и на нерасчетных режимах, обладать статической и динамической прочностью в течение всего ресурса работы установки. Для расчёта ступени осевой турбины исходные данные:

 - частота вращения ротора;

 - расход рабочего тела (газа);

 - полное давление газа на входе в ступень турбины;

 - полная температура газа на входе в ступень турбины;

 - изоэнтропический теплоперепад ступени турбины;

В приближённых расчётах ступени осевой турбины принимают значения показателя адиабаты; газовой постоянной; средняя теплоёмкость .

. Определение основных геометрических размеров меридионального сечения ступени турбины

Приведенное значение осевой скорости на входе в турбину вычисляем по формуле:

где -осевая скорость на входе в турбину, задаемся

Кольцевую площадь на входе в сопловой аппарат турбины вычисляем по формуле:

где  кг/с; принимаем 14,57 кг/с;

 полное давление газа на входе в ступень турбины, кПа;

где ;

коэффициент потерь в камере сгорания, задаемся

 - степень сжатия воздуха в компрессоре, принимаем =12;

где кг - ;

Температуру на выходе из ступени вычисляем по формуле:

где  кДж/кг;

Температуру на выходе из ступени при изоэнтропическом расширении вычисляем по формуле:

Полное давление газа на выходе из ступени вычисляем по формуле:

Приведенное значение осевой скорости на выходе из турбины вычисляем по формуле:

где м/с,

принимаем са2 =126,5 м/с;

Кольцевую площадь на выходе из ступени турбины вычисляем по формуле:

где

Высоту рабочей лопатки по выходной кромке ступени турбины вычисляем по формуле:

Средний диаметр на выходе из ступени турбины вычисляем по формуле:

Периферийный диаметр на выходе из ступени турбины вычисляем по формуле:

Втулочный диаметр на выходе из ступени турбины вычисляем по формуле:

Высоту соплового аппарата на входе в ступень турбины вычисляем по формуле (при этом :

Ширину лопаток вычисляем по формулам:

Осевой зазор между лопаточными венцами вычисляем по формуле:

Радиальный зазор в ступени турбины вычисляем по формуле:

Угол раскрытия прочной части вычисляем по формуле:

где L - длина проточной части на среднем диаметре;

На основе полученных диаметральных и осевых размеров изображаем эскиз меридионального сечения проточной части ступени турбины. ( Приложение 1 )

Величину кольцевой площади сечения в межвенцовом зазоре вычисляем по формуле:

где D1т - периферийный диаметр в межвенцовом зазоре ступени турбины, м,

Вычисляем аналитическим методом :

вт - втулочный диаметр в межвенцовом зазоре ступени турбины, м,

Вычисляем аналитическим методом :

Окружную скорость на среднем диаметре вычисляем по формуле:

где n - частота вращения ротора, задаемся n=14500 об/мин;

Параметр нагруженности ступени вычисляем по формуле:

Коэффициент расхода вычисляем по формуле:

Согласно полученному значению параметра нагруженности ступени  и задаваясь степенью реактивности на среднем диаметре ρср = 0,25 определяем угол выхода потока из рабочего колеса, используя номограммы [2]:

Абсолютную скорость выхода потока из ступени турбины вычисляем по формуле:

Приведенное значение скорости вычисляем по формуле:

Статическое давление на выходе из ступени вычисляем по формуле:

где

Изоэнтропический теплоперепад в ступени при расширении газа до давления Р2 вычисляем по формуле

. Определение параметров потока в сопловом аппарате ступени на среднем диаметре

Изоэнтропический теплоперепад в сопловом аппарате вычисляем по формуле:

где - степень реактивности ступени турбины на среднем диаметре, задаемся

Изоэнтропический теплоперепад в рабочем колесе вычисляем по формуле:

Изоэнтропическую скорость потока за сопловым аппаратом вычисляем по формуле:

Абсолютную скорость потока за сопловым аппаратом вычисляем по формуле:

где  - коэффициент скорости соплового аппарата, задаемся ;

Приведенное значение скорости с1 вычисляем по формуле:

Статическую температуру на выходе из соплового аппарата вычисляем по формуле:

где  - газодинамическая функция;

так как процесс расширения энергоизолированный, то

Температуру за сопловым аппаратом в изоэнтропическом процессе вычисляем по формуле:

Статическое давление за сопловым аппаратом в изоэнтропическом процессе вычисляем по формуле:

Полное давление за сопловым аппаратом в изоэнтропическом процессе вычисляем по формуле:

где

Коэффициент потери полного давления вычисляем по формуле:

Изоэнтропическую приведенную скорость потока за сопловым аппаратом вычисляем по формуле:

Угол выхода потока из соплового венца вычисляем по формуле:

где

Определяем угол отставания потока в косом срезе соплового аппарата, используя номограмму [2]:

Эффективный угол выхода из соплового аппарата вычисляем по формуле:

Угол установки профиля в решетке определяем по графику [2]:

 = 40^о