Проектирование турбины К-22-90

Делим базу диаграммы  на части (рис.3.3).

Рис.4.  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 последней ступени ЧНД.

 

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,

 

2.7. Детальный расчет  регулирующей ступени.

 

Располагаемый теплоперепад ступени  кДж/кг.

Окружная скорость на среднем диаметре

 м/с.

Располагаемые теплоперепады  в сопловой, поворотной и рабочих  решетках:

Распределим на рабочую решетку первого венца, поворотную и рабочую решетку второго венца и в соответствии с ними определим теплоперепады.

кДж/кг;

По i-S диаграмме определяем параметры пара за решетками P₁, P₂, V_1t и V_2t.

бар,  м³/кг;

бар,  м³/кг;

бар,  м³/кг;

бар,  м³/кг.

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решетки

 м/с.

 

Скорость звука в  потоке пара за сопловой решеткой

 м/с.

Здесь k = 1,3 (для перегретого пара) - показатель изонтропы.

Число Маха сопловой решетки

По значению выбираем профиль сопловой решетки: С-90-12Б

Коэффициент расхода  сопловой решетки  (с последующим уточнением).

Выходная площадь сопловой решетки

 м².

Для парциального подвода  пара определяем произведение

Оптимальная степень  парциальности

Высота сопловых лопаток

 м.

Отношение b₁/l₁=2,83 по прототип.

Хорда м.

Уточняем коэффициент  расхода сопловой решетки  /1, рис.8/.

Повторяем расчет от пункта 9:

 м².

 м.

м.

Коэффициент скорости сопловой решетки j^I = 0,955 /1, рис.7/.

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел

 м/с.

Так как число Маха

Шаг сопловых лопаток

 м.

 

 

Число сопловых лопаток

 

Принимаем и уточняем шаг: м.

Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку первого венца

 м/с.

Угол входа в рабочую  решетку первого венца

Потеря энергии в  сопловой решетке

 кДж/кг.

Теоретическая относительная  скорость выхода из рабочей решетки первого венца

 м/с.

Скорость звука и  число Маха рабочей решетки первого  венца

 м/с;

Высота рабочих лопаток  первого венца

 м, 

здесь D = 0,003 м - суммарная перекрыша /1, табл.2/.

Отношение b₂/l₂ по прототипу равно 1,3. Хорда   м.

Коэффициент расхода  рабочей решетки первого венца /1, рис.8/.

Выходная площадь рабочей  решетки первого венца

 м².

Угол выхода из рабочей  решетки первого венца

По значению выбираем профиль рабочей решетки первого венца: Р-26-17А.

Коэффициент скорости рабочей решетки первого венца f^I = 0,942  /1, рис.7/.

 

Действительная скорость выхода из рабочей решетки первого венца

 м/с.

Абсолютная скорость входа в поворотную решетку

 м/с.

Угол входа потока в поворотную решетку

Шаг рабочих лопаток

м.

Число рабочих лопаток  первого венца

 

Принимаем и уточняем шаг: м.

Потеря энергии в  рабочей решетке первого венца

 кДж/кг.

Теоретическая абсолютная скорость выхода из поворотной решетки

 м/с.

Скорость звука в  потоке пара за поворотной решеткой

 м/с.

Здесь k = 1,3 (для перегретого пара) - показатель изоэнтропы.

Число Маха поворотной решетки

Выходная площадь поворотной решетки

 м².

Высота поворотных лопаток 

м.

 

По значению выбираем профиль поворотной решетки: Р-30-21А

Отношение b₁/l₁=2,56/2 по прототипу равно 1,28.

 Хорда  м.

Коэффициент расхода  рабочей решетки первого венца /1, рис.8/.

Уточняем площадь и  угол

 м².

 

Коэффициент скорости поворотной решетки f^п =0,97/1, рис.7/.

Действительная абсолютная скорость выхода из поворотной решетки

 м/с.

Так как число Маха

Шаг поворотных лопаток

м.

Число поворотных лопаток

 

Принимаем и уточняем шаг: м.

Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку второго венца

 м/с.

Угол входа в рабочую  решетку второго венца

Потеря энергии в  поворотной решетке

 кДж/кг.

Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решетки второго венца

 м/с.

Скорость звука и  число Маха рабочей решетки второго  венца

 м/с;

Высота рабочих лопаток  второго венца

 м,

здесь D = 0,003 м - суммарная перекрыша /1, табл.2/.

Отношение b₂/l₂ по прототипу равно 1.

 Хорда   м.

Коэффициент расхода  рабочей решетки второго венца  принимаю .

Выходная площадь рабочей  решетки второго венца

 м².

Угол выхода из рабочей  решетки второго венца

Уточняю /1, рис.8/

 м².

По значению выбираем профиль рабочей решетки второго венца: Р-60-33А.

Коэффициент скорости рабочей  решетки второго венца f^II = 0,968  /1, рис.7/.

Действительная скорость выхода из рабочей решетки второго  венца

 м/с.

Абсолютная скорость выхода из ступени

 м/с.

Угол выхода потока из ступени

Шаг рабочих лопаток  второго венца

м.

По полученным скоростям  и углам строем треугольники скоростей и проверяем расчет.

Рис.5 Треугольники скоростей регулирующей ступени.

Число рабочих лопаток  второго венца

 

Принимаем и уточняем шаг: м.

 

Потеря энергии в рабочей решетке второго венца

 кДж/кг.

Потеря с выходной скоростью

 кДж/кг.

Располагаемая энергия  ступени  кДж/кг.

Относительный лопаточный КПД

Расхождение

Коэффициент потерь от трения боковых поверхностей рабочего колеса в паровой среде:

Потери от трения

 кДж/кг.

Коэффициент потерь от парциального подвода пара:

Здесь K_в = 0,065 ,K_сегм = 0,25, где - установочный угол профиля;

 

 

Потери от парциального подвода

 кДж/кг.

Коэффициент потерь от протечек через бандажное уплотнение поверх рабочих лопаток

Здесь d_п = d_рс + l₂ = 1,05+0,0215 =1,0715 м; d_r = 1 мм, d_a = 5 мм - радиальный и осевой зазоры; z = 2 - число гребней бандажного уплотнения.

 м,

Суммарная потеря от утечек

 кДж/кг.

Использованный теплоперепад ступени

 кДж/кг.

Внутренний относительный  КПД

Внутренняя мощность ступени.

 кВт.

 

 

2.8. Детальный расчет первой нерегулируемой ступени.

 

Располагаемый теплоперепад ступени кДж/кг.

Окружная скорость на среднем диаметре

 м/с.

Располагаемые теплоперепады  в сопловой и рабочей решетках:

По i-S диаграмме определяем параметры пара за решетками P₁, P₂, V_1t и V_2t.

 бар,  м³/кг;

 бар,  м³/кг;

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решетки

 м/с.

Скорость звука в  потоке пара за сопловой решеткой

 м/с.

Здесь k = 1,3 (для перегретого пара) - показатель изонтропы.

Число Маха сопловой решетки

По значению выбираем профиль сопловой решетки: С-90-12А.

Коэффициент расхода  сопловой решетки  (с последующим уточнением).

Выходная площадь сопловой решетки

 м².

Для парциального подвода  пара определяем произведение

Оптимальная степень  парциальности

Высота сопловых лопаток

 м.

Отношение b₁/l₁=5,25/1,5=3,5. Хорда м.

Уточняем коэффициент  расхода сопловой решетки  /1, рис.8/.

Повторяем расчет

 м².

Коэффициент скорости сопловой решетки j = 0,948 /1, рис.7/.

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел

 м/с.

Так как число Маха

Шаг сопловых лопаток

 м.

Число сопловых лопаток

 

Принимаем и уточняем шаг: м.

Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку

 м/с.

Угол входа в рабочую  решетку 

Потеря энергии в  сопловой решетке

 кДж/кг.

Теоретическая относительная  скорость выхода из рабочей решетки 

 м/с.

Скорость звука и  число Маха рабочей решетки 

 м/с;

Высота рабочих лопаток 

 м, 

Принимаю коэффициент  расхода рабочей решетки 

Выходная площадь рабочей решетки

 м².

Угол выхода из рабочей  решетки 

По значению уточняю коэффициент расхода рабочей решетки /1, рис.8/.

 м².

По значению выбираем профиль рабочей решетки: Р-30-21А.

Коэффициент скорости рабочей  решетки f = 0,939  /1, рис.7/.

Шаг рабочих лопаток

м.

Число рабочих лопаток

 

Действительная скорость выхода из рабочей решетки 

 м/с.

Абсолютная скорость выхода из ступени

 м/с.

 

Угол выхода потока из ступени

По полученным скоростям  и углам строем треугольники скоростей  и проверяем расчет.

Рис.7 Треугольники скоростей первой не регулируемой ступени ЧВД.

 

Потеря энергии в  рабочей решетке

 кДж/кг.

Потеря с выходной скоростью

 кДж/кг.

Располагаемая энергия  ступени 

 кДж/кг,

где - коэффициент использования выходной скорости в следующей ступени.

Относительный лопаточный КПД

Расхождение

Коэффициент потерь от трения боковых поверхностей рабочего колеса в паровой среде:

 

Потери от трения

 кДж/кг.

Коэффициент потерь от парциального подвода пара:

Потери от парциального подвода

 кДж/кг.

Коэффициент потерь от протечек через диафрагменное уплотнение

Здесь - площадь зазора в уплотнении, м², где d_у - диаметр уплотнения, определяется по прототипу и для данной ступени равен 0,285м; d_у = 0,8мм - радиальный зазор в уплотнении; m_у = 0,7 - коэффициент расхода уплотнения; z_у =6 - число гребней уплотнения.

 м².

Коэффициент потерь от протечек через бандажное уплотнение поверх рабочих лопаток

Здесь d_п = d + l₂ = 1+0,02724 = 1,02724 м; d_r = 1 мм, d_a = 5 мм - радиальный и осевой зазоры; z = 2 - число гребней бандажного уплотнения.

Суммарная потеря от утечек

 кДж/кг.

Использованный теплоперепад ступени

 кДж/кг.

Внутренний относительный  КПД

 

Внутренняя мощность ступени

 кВт.

 

 

2.9. Детальный расчет  первой нерегулируемой ступени  ЧСД.