Расчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

k_y=1,83 -коэффициент учитывается для уплотнения с гладким валом, зависит от отношения δ_у/s; 

δ_у/s=0,05 - принимаем;

δ_у=0,3мм - радиальный зазор;

s – расстояние между гребнями;

d_у=0,3·d_рс=0,3·0,95=0,285 м - диаметр вала на участке уплотнения;

F_у=π·d_у·δ_у=3,14·0,285·0,0003=0,000268 м² - кольцевая площадь радиального зазора;

ε =Р_2у/Р_1у – отношение давлений пара за и перед уплотнением;

Р_1у =Р₁=1,79 МПа, Р_2у=0,1 МПа (атмосферному);

υ₀= υ_1t=0,1628 м³/кг;

z=50, число гребней уплотнения, принимаем;

.

22. Утечки пара  через заднее концевое уплотнение:

 

где k_y=1,8 - коэффициент учитывается для уплотнения с гладким валом, зависит от отношения δ_у/s; 

δ_у/s=0,05 (принимаем);

ε=Р_2у/Р_1у – отношение давлений пара за и перед уплотнением;

Р_1у =Р_z=1,178 МПа, Р_2у=0,1 МПа (атмосферному);

υ₁= υ_z=0,2354 м³/кг;

z=32 - число гребней уплотнения, принимаем;

При заданных геометрических соотношениях длины проточных частей

уплотнений будут равны: переднего ;

                                             заднего     

23. Количество  пара проходящего через сопло  с учетом утечки пара через  переднее концевое уплотнение:   

     =83,33+0,1852=83,515 кг/с.

24. Выходная  площадь сопловой решетки:

     ,м²;

где μ₁=0,974 – коэффициент расхода, принимаем;

     -постоянная величина, для перегретого пара равна 0,667при к=1,3;

        

25. Находим  произведение:

     м=3,32 см.

26.Оптимальная  степень парциальности:

     .

27. Длина сопловой  лопатки:

     .

28. С  учетом ранее принятого α_1э=14° и полученного числа выбираем из таблиц типовых сопловых лопаток С-90-15Б со следующими характеристиками: относительный шаг решетки =0,78; хорда табличного значения b_т=5,2 см; В=4,0 см; радиус закругления выходной кромки r₂=0,03см; f=3,21см²; W_мин=0,413см³; хорда b_с=5см; I_мин=0,326см⁴; угол установки α_у=36°; к₁=b_с/b_т=0,962; толщина выходной кромки δ_1кр=2·r₂·к₁=0,6мм.

29. Число  каналов (лопаток) сопловой решетки:

     принимаем =46.

30. Пересчитываем  хорду:

      .

31. Относительная  толщина выходной кромки:

      . 
 
 
 

32. Относительная  длина лопатки:

      ; по отношению =0,903 в соответствии с графиком зависимости μ₁=f(b_с/l₁), коэффициент μ₁=0,978.

уточняем выходную площадь сопловой решётки:

       ;

уточняем произведение:

   м=3,3см;

уточняем оптимальную степень парциальности:

    

уточняем длину сопловой лопатки:

    

33. Критическое  давление:

      .

34. Откладываем  Р_кр на теоретическом процессе (рис.2) и находим параметры пара: i_крt=3180 кДж/кг ; υ_крt=0,1701 м³/кг.

35. Критическая  скорость:

      .

36. Поскольку решетка выбрана суживающаяся то при сверхзвуковом обтекании ее необходимо найти угол отклонения потока в косом срезе:

      ;

      =14,11° ; =0,11°.

37. Уточняем (по рис.12) коэффициент скорости: φ=0,97.

38. Число  Рейнольдса:

     

где =24·10^-6кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13

по Р₁=1,805 МПа, t_1t=376,8°C, υ_1t=0,1616 м³/кг);

     . В связи с тем, что ,режимы работы решётки находятся в области автомодельности, в которой  профильные потери и, следовательно, КПД решётки практически не изменяются.

39. Коэффициент  потерь энергии:

      .

40. Абсолютная  скорость выхода пара из сопловой  решетки:

      .

41. Относительная  скорость на входе в первую  рабочую решетку:      ,где =U/C₁=149,2/560,429=0,266– отношение скоростей.

42. Угол  входа потока пара в первую  рабочую решетку:

       ; .

43. Потеря энергии  в сопловой решетке

 Δh_c = ξ_c* = 0,0591*166,905 = 9,864 кДж/кг.

Параметры пара перед первой рабочей решеткой

h₁ = h_1t + Δh_c = 3199,5+9,864= 3209,364 кДж/кг,

p₁ =1,79 МПа,

υ₁ = 0,1641м³/кг,

t₁ = 380,8 ⁰С. 

Расчет  первой рабочей решетки.

44. Теоретическая  относительная скорость на выходе  из первой рабочей решетки и число Маха:

      ;

     

где υ_2t=0,1611 м³/кг (h_2t=3185 кДж/кг, t_2t=369,9 °C)по h-s диаграмме точка 2_t (рис.2).

45. Выходная  площадь первой рабочей решетки:

      ;

где μ₂=0,95 – принятый коэффициент расхода.

46. Выбираем  величину перекрыши:

      Δl_p=Δl_п+Δl_в=l₂–l₁=4мм;

где Δl_в=2мм – перекрыша у втулки;

      Δl_п=2мм – перекрыша на периферии.

47. Считая, что  рабочая лопатка первого венца  выполняется постоянной по входной и выходной кромкам, получаем: l₂=l₁+Δl_p=55,7+4=59,7 мм.

48. Эффективный  угол выхода из первой рабочей  решетки: 

      ;

      =18,04°. 

49. По  числу Маха и  выбираем первую рабочую решетку с профилем           Р-26-17А и размерами: относительный шаг решетки =0,6; хорда табличного значения b_т=2,57см; В_т=2,5см; радиус закругления выходной кромки r₂=0,02см; f=2,07см²; W_мин=0,225см³; хорда b_р=60мм; I_мин=0,215см⁴; угол установки α_у=80°; толщина выходной кромки δ_кр=0,8мм.

50. Число  рабочих лопаток первого венца:

      .

51. Относительная толщина выходной кромки профиля:

    .

52. Угол  поворота потока:

    Δβ_р=180°-(β₁+β_2э)=180°-(19,08°+18,04°)=143,28°.

53. По  отношению b_p/l₂=1,005 и Δβ_р по рис.9 находим коэффициент расхода μ₂=0,945, и уточняем

выходную  площадь первой рабочей решетки:

;

эффективный угол выхода из первой рабочей решетки:

      ; =18,2°.

54. По  рис.12 определяем усредненный коэффициент  скорости рабочей решетки ψ_р=0,936.

55. Коэффициент потерь энергии:

      .

56. Число  Рейнольдса:

         

где =22,6·10^-6кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по Р₂=1,762 МПа, t_2t=373,2°C);

     .Поправка на него не вносится.

57. Действительная  относительная скорость выхода  пара из рабочей решетки первого  венца:

     .

58. Окружные  и осевые усилия действующие  на лопатки первого венца:

    

    

где .

59. Равнодействующая  от окружного и осевого усилий:

    . 
 

60. При постоянном  профиле по длине лопатки изгибающее  напряжение будет равно:

  

   .

61. Потери энергии  в первой рабочей решетке:

   .

62. Состояние пара за первым рабочим венцом ступени.

h₂ = h_2t + Δh_р = 3185 + 11,248= 3196,24 кДж/кг,

р₂ = 1,745 МПа, 

υ₂ = 0,1664 м³/кг,

t₂ = 374,4 ⁰C.

63. Абсолютная  скорость пара за первой рабочей решеткой:

   .

64. Угол характеризующий  направление С₂:

   ;

=28,5°. 

Поворотная  решетка

65. Теоретическая  скорость выхода пара из поворотной  решетки:

   .

66. Число Маха:

   ,

где υ_1t’=0,1657 м³/кг (h_1t’=3181 кДж/кг, t_1t’=367,7 °C)по h-s диаграмме точка

1_t ‘(рис.2).  

67. Выходная  площадь поворотной решетки:

  

где μ₁’=0,94 –принятый коэффициент расхода.

68. Принимаем  перекрышу для поворотной лопатки:  Δl_п=4мм.

69. Длина  поворотной лопатки: .

70. Эффективный  угол поворотной решетки:

      ;

      =27,08°.

71. Выбираем  для поворотной решетки профиль по числу Маха и выбираем первую рабочую решетку с профилем Р-35-25А и размерами: относительный шаг решетки =0,55; хорда табличного значения b_m=25,4мм; В_п=2,5см; радиус закругления выходной кромки r₂=0,015см; f=1,62см²; W_мин=0,168см³; хорда b_п=40,3мм; I_мин=0,131см⁴; угол установки α_у=80°; толщина выходной кромки δ_1кр=0,472мм и отношением 1,581.