Проектирование турбины К-22-90

 

2.3.1. ЧВД

Средний удельный объем

Объемный расход

КПД отсека 

где КПД  Поправка на раскрытие проточной части - для ЧВД, потеря с выходной скоростью только для последнего отсека;

Действительный теплоперепад ЧВД

 

2.3.2. ЧСД

Средний удельный объем

Объемный расход

КПД отсека 

где КПД  Поправка на раскрытие проточной части =1 - для ЧСД. Потеря от влажности в зависимости от приведенной конечной влажности пара и среднего давления в отсеке,

где - степень сухости за отсеком; - часть теплоперепада отсека ниже пограничной кривой , - теплоперепад отсека,

Действительный теплоперепад ЧСД

 

2.3.3. ЧНД

Средний удельный объем

Объемный расход

КПД отсека  ,

где КПД  Поправка на раскрытие проточной части - для ЧНД. Потеря с выходной скоростью,

где принимаем равным 30 для турбин малой мощности /1/.

Потеря от влажности  определяется по /1, рис.4/ в зависимости от приведенной конечной влажности пара и среднего давления в отсеке,

где - степень сухости за отсеком; - часть теплоперепада отсека ниже пограничной кривой , - теплоперепад отсека,

Действительный теплоперепад ЧНД

По найденному при  построении полезно использованному  теплоперепаду  уточняем расход пара,

где - КПД механический и генератора /1, табл.1/.

Определение предельной мощности турбины и числа выхлопов.

,

где принимаем равным 30 для турбин малой мощности /1/.

Предельная мощность определяется по формуле,

 Так как  , то турбину проектируем однопоточную, с одним выхлопом.

 

 

 

Рис.1 Процесс расширения в турбине

 

 

 

 

 

2.4. Предварительный расчёт  ЧВД.

 

Определение числа ступеней и их теплоперепадов.

 

Диаметр первой ступени  обычно принимается меньше диаметра регулирующей ступени,

Это обеспечивает эффективное торможение потока и выравнивание его параметров по окружности в камере регулирующей ступени. Следует стремиться к обеспечению полного подвода пара   (e = 1) в первой ступени при достаточной высоте лопаток, но при не достаточной высоте лопаток степень порциальности может e < 1.

Задаёмся степенью реактивности первой ступени  ; углом ; ;

Тогда оптимальное соотношение

Теплоперепад ступени,

где n - частота вращения .

Теоретическая скорость истечения из сопловой решётки,

где      

Площадь сопловой решётки,

где - удельный объем, пара за сопловой решёткой, определён при построении процесса расширения первой ступени.

Высота сопловой решётки,

Высота рабочей решётки,

где - суммарная перекрыта, определяется по /1, табл.2/.

Корневой диаметр первой ступени, м,

,

то есть корневой диаметр  принимается постоянным во всех ступенях ЧВД.

Средний диаметр последней ступени  ЧВД определяется по упрощённому  уравнению неразрывности

где - средний диаметр и высота последней ступени; - удельные объёмы за первой и последней ступенями, рис.1.1. Выражаю средний диаметр последней ступени через корневой

,

получаю квадратное уравнение

решаю полученное уравнение

средний диаметр последней  ступени,

Степень реактивности последней  ступени выбирают так, чтобы обеспечить её положительное значение в корневом сечении;

,

где

Угол  . Отношение скоростей

После определения диаметров  и отношения  первой и последней нерегулируемых ступеней ЧВД определяеем число ступеней и их теплоперепады. Для этого используется расчётно-графический метод. Отложив на диаграмме отрезки и и , а также и , соединяем их концы прямыми линиями. Проводим также линию (рис.3.1).

Разделив базу диаграммы на 4 части, определяем для каждой из пяти условных ступеней диаметр, и теплоперепад,

Средний теплоперепад ступени,

Число ступеней,

где - теплоперепад ЧВД; q - коэффициент возврата тепла (q = 0,02- 0,06)

после определения действительного  числа ступеней определяем действительный коэффициент возврата тепла.

,

здесь - для перегретого пара, - число ступеней по прототипу.

Делим базу диаграммы  на

частей.

 

 Рис.2.  Диаграмма определения средних диаметров ступеней, определения отношение скоростей и  степень реактивности ступеней.

Определив по диаграмме  средние диаметры и  всех ступеней, вычисляем их теплоперепады,

Для первой нерегулируемой ступени, а также для ступеней после камер отбора .

Для промежуточных ступеней  .

_{Суммарный теплоперепад}

Сумма теплоперепадов всех ступеней должна равняться известному располагаемому теплоперепаду нерегулируемых ступеней с учётом возврата тепла

_{Для соблюдения равенства  добавим к теплоперепаду  каждой ступени величину}

 

 

Проверка ожидаемых эффективных  углов первой ступени ЧВД.

 

Располагаемые теплоперепады  в сопловой и рабочих решётках,

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решётки,

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел,

где - коэффициент скорости сопловой решётки.

Окружная скорость на среднем диаметре,

Выходная площадь сопловой решётки,

Высота рабочих лопаток,

Высота сопловых лопаток,

Эффективный угол выхода из сопловой решётки,

Относительная скорость пара на входе в рабочую решётку,

 Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решётки,

Выходная площадь рабочей  решётки,

Эффективный угол выхода из рабочей решётки,

 

Проверка ожидаемых эффективных  углов последней ступени ЧВД.

_{Располагаемый теплоперепад ступени}

Располагаемые теплоперепады в  сопловой и рабочих решётках,

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решётки,

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел,

где - коэффициент скорости сопловой решётки.

Окружная скорость на среднем диаметре,

Выходная площадь сопловой решётки,

Высота рабочих лопаток,

Высота сопловых лопаток,

Эффективный угол выхода из сопловой решётки,

Относительная скорость пара на входе в рабочую решётку,

 Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решётки,

Выходная площадь рабочей решётки,

Эффективный угол выхода из рабочей  решётки,

м/с

 

 

2.5. Предварительный расчёт  ЧCД.

 

Определение числа ступеней и их теплоперепадов.

Диаметр первой нерегулируемой ступени ЧСД принимаем . Задаёмся степенью реактивности первой ступени углом .  Тогда оптимальное соотношение

Теплоперепад ступени,

где  n - частота вращения .

Теоретическая скорость истечения из сопловой решётки,

где      

Площадь сопловой решётки,

где - удельный объём пара за сопловой решёткой, определён при построении процесса расширения первой ступени.

Высоту лопаток сопловой решётки

Высоту лопаток рабочей  решётки,

где - суммарная перекрыша определяется по /1, табл.2/.

Корневой диаметр первой ступени, м,

,

то есть корневой диаметр  принимается постоянным во всех ступенях ЧСД.

Средний диаметр последней ступени  ЧСД определяется по упрощённому  уравнению неразрывности

где - средний диаметр и высота последней ступени; - удельные объёмы за первой и последней ступенями, рис.1.1. Выражаю средний диаметр последней ступени через корневой

,

получаю квадратное уравнение

решаю полученное уравнение

средний диаметр последней  ступени,

Степень реактивности последней  ступени выбираем так, чтобы обеспечить её положительное значение в корневом сечении;

,

где

 

Угол  . Отношение скоростей

Для сокращения числа  ступеней принимаем 

После определения диаметров и  отношения  первой и последней нерегулируемых ступеней ЧСД определяем число ступеней и их теплоперепады. Для этого используется расчётно-графический метод. Отложив на диаграмме отрезки и и , а также и , соединяем их концы прямыми линиями. Проводим также линию

Разделив базу диаграммы  на 4 части, определяем для каждой из пяти условных ступеней диаметр, и теплоперепад,

Средний теплоперепад ступени,

Число ступеней,

где - теплоперепад ЧСД; q - коэффициент возврата тепла, предварительно принимаем равным 0,03 и уточняем:

,

здесь - для перегретого и влажного пара, - число ступеней по прототипу.

Делим базу диаграммы  на частей (рис.3.2).

 

 Рис.3.  Диаграмма определения средних диаметров ступеней, определения отношение скоростей и  степень реактивности ступеней.

 

Определив по диаграмме  средние диаметры и  всех ступеней, вычисляем их теплоперепады,

Для первой ступени отсека . Для промежуточных ступеней  .

Суммарный теплоперепад

 

Сумма теплоперепадов всех ступеней должна равняться известному располагаемому теплоперепаду нерегулируемых ступеней с учётом возврата тепла

Для соблюдения равенства  добавим к теплоперепаду каждой ступени величину

 

Проверка ожидаемых эффективных  углов первой ступени ЧСД.

 

Располагаемые теплоперепады  в сопловой и рабочих решётках,

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решётки,

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел,

где - коэффициент скорости сопловой решётки.

Окружная скорость на среднем диаметре,

Выходная площадь сопловой решётки,

Высота рабочих лопаток,

Высота сопловых лопаток,

Эффективный угол выхода из сопловой решётки,

Относительная скорость пара на входе в рабочую решётку,

Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решётки,

Выходная площадь рабочей  решётки,

Эффективный угол выхода из рабочей решётки,

 

2.6. Предварительный расчёт ЧНД.

 

Определение числа ступеней и их теплоперепадов.

 

Скорость пара за ступенью

,

где - потеря с выходной скоростью.

Средний диаметр последней  ступени

,

здесь - веерность, характеризует пропускную способность ступени; - удельный объём за последней ступенью, определяется по предварительно построенному процессу расширения, рис.1.1.; - угол выхода из ступени.

Высота рабочих лопаток 

Корневой диаметр

Степень реактивности

,

где

Оптимальное отношение  скоростей

здесь - относительная потеря с выходной скоростью ступени:

;    

- теплоперепад ступени.

Исходя из условия  плавного раскрытия проточной части турбины определим корневой и средний диаметры, а также высоты сопловых и рабочих лопаток первой ступени ЧНД:

Значение  первой ступени ЧНД принимаем таким как в последней ступени ЧСД:

_{Теплоперепад  первой ступени}

Из формулы для определения  высоты сопловых лопаток первой ступени выразим и найдем значение эффективного угла:

 здесь ; удельный объём за первой ступенью ЧНД находим по вычисленному теплоперепаду

Отношение скоростей

Определяем число ступеней и их теплоперепады. Для этого  используется расчётно-графический  метод. Отложив на диаграмме отрезки  и и и , а также и , соединяем их концы прямыми линиями (рис.3.3).

Разделив базу диаграммы  на 2 части, определяем для каждой из пяти условных ступеней диаметр, и теплоперепад,

Средний теплоперепад ступени,

Число ступеней,

где - теплоперепад ЧНД; q - коэффициент возврата тепла,

,

здесь - для влажного пара, - число ступеней по прототипу.