Расчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

Расчет  первой нерегулируемой ступени:

1. Располагаемый  теплоперепад на нерегулируемые ступени между изобарами Р'₂=1,695 МПа и Р_z=1,178 МПа по изоэнтропе 2'' – z_t( рис.3):

     H_o''=i_2''-i_zt=3220,84-3091=102,58 кДж/кг.

2. Принимаем  теплоперепад первой регулирующей  ступени h_o1нс=50 кДж/кг.

3. Фиктивная  скорость в ступени:

       м/с.

4. Оптимальное отношение скоростей в нерегулируемой ступени:

       .

5. Окружная  скорость на среднем диаметре  в нерегулируемой ступени:

       м/с.

6. Средний  диаметр не регулируемой ступени:

      м.

7. Теоретическая  скорость выхода пара из сопловой  решетки:

     .

8. Располагаемый  теплоперепад сопловой решетки:

     h_оc=(1 – ρ)h_о1нс=(1 – 0,05)·50=47,5 кДж/кг.

9. Теоретические  параметры пара за сопловой решеткой, точка 1t: 

      i_1t=i_2''–h_ос=3220,84–47,5=3173,34кДж/кг,Р₁=1,582 МПа,υ_1t=0,1807 м³/кг, t_1t=362,2 °С.

10. Выходная  площадь сопловой решетки:

     ;

где μ₁=0,97 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.

11. Длина сопловой лопатки:

     .

12. Число  Маха:

     .

13. Оставляя  угол α₁=17° и принимая α_о≈90° выбираем сопловую решетку типоразмера С-90-15А со следующими характеристиками: относительный шаг решетки =0,76; хорда табличного значения b_т=6,25см; В=3,4см; радиус закругления выходной кромки r₂=0,032см; f=4,09см²; W_мин=0,575см³; хорда профиля b_с=49,6мм; I_мин=0,591см⁴; угол установки α_у=34°; толщина выходной кромки δ_1кр=0,51мм.

14. Число  лопаток:

          .

15. Относительная  толщина выходной кромки:

      .

16. Относительная  длина лопатки:

      ; по отношению =0,8 в соответствии с графиком зависимости μ₁(b_с/l₁) (рис.9), коэффициент μ₁=0,982 уточняем

выходную  площадь сопловой решетки:

     ;

длину сопловой лопатки:

     .

17.  Число  Рейнольдса

    

где =21,8·10^-6кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по

Р₁=1,435 МПа, t_1t=348,4°C);

     .

18. Коэффициент  скорости φ=0,976 (рис.12).

19. Коэффициент  потерь энергии:

      .

20. Абсолютная  скорость выхода пара из сопловой решетки:

      .

21. Относительная  скорость на входе в первую  рабочую решетку:      ;

где =U/C₁=148,88/300,824=0,4949 – отношение скоростей.

22. Угол  входа потока пара в первую  рабочую решетку:

       β₁ = 32,35 ⁰.

23. Потери энергии  в сопловой решетке:

      ; откладываем эти потери в i-s диаграмме и получаем точку 1,(рис.3), характеризующую действительное состояние пара перед первой рабочей решеткой имеющей следующие параметры: Р₁=1,435 МПа; i₁=3175,99 кДж/кг;υ₁=0,1996 м³/кг; t₁=362,6°С.

24. Располагаемый  теплоперепад рабочей решетки:    

      h_op=ρ·h_о1нс=0,05·50=2,5 кДж/кг, откладываем его из точки 1 и получаем точку 2_t с параметрами i_2t=3173,49 кДж/кг, Р₂=1,42 МПа; υ_2t=0,2013 м³/кг; t_2t=361,3°С.

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

      ;

      .

26. Выходная  площадь рабочей решетки:

     ;

где μ₁=0,94 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.

27. Принимаем  перекрышу Δl_р=l₂ – l₁=3,6мм.

28. Длина рабочей  лопатки l₂= l₁+ Δl_р=61,6+3,6=65,2 мм.

29. Эффективный  угол выхода из рабочей решетки:

           ;

      =27,59°.

30. По  числу Маха и  выбираем вторую рабочую решетку с профилем           Р-35-25А и размерами: относительный шаг решетки =0,61; хорда табличного значения b_т=2,54см; В=2,5см; радиус закругления выходной кромки r₂=0,02см; f=1,62см²; W_мин=0,168 см³; хорда b_р=45 мм; I_мин=0,131см⁴; толщина выходной кромки δ_кр=0,5мм и углами =80°, 2,309.

31. Число лопаток:

     .

32. Относительная  толщина выходной кромки:

     .

33. Угол  поворота потока:

    Δβ_2р=180°-(β₁+β_2э)=180°-(32,35°+27,59°)=120,06°.

34. По  отношению  =0,69 и Δβ_р по рис.9 находим коэффициент расхода μ₂=0,956 и уточняем

выходную  площадь рабочей решетки:

     ;

эффективный угол выхода из рабочей решетки:

           ;

      =27,23°.

35. Число  Рейнольдса

    

где =21,8·10^-6кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по

Р₂=1,42 МПа, t_2t=361,3°C);

     .

36. Коэффициент  скорости ψ=0,948 (рис.12).

37. Коэффициент  потерь энергии:

      .

38. Относительная  скорость пара за рабочей решеткой:

      W₂=ψ·W_2t=0,948·182,995=173,479 м/с.

39 Абсолютная  скорость пара за рабочей решеткой:

  .

40. Угол характеризующий направление С₂:

 

  α₂ =-87,68º.

41. Окружное и осевое усилие и их равнодействующая:

 

  

    .

42. Момент сопротивления при постоянном профиле по длине лопатки:

    .

43. Изгибающее напряжение:

   .

44. Потери энергии в рабочей решетке:

    .

45. Потери энергии с выходной скоростью:

    .

46. Относительный лопаточный КПД выраженный через потери:

    .

47. Относительный лопаточный КПД выраженный через скорости:

    . 
 

48. Число Рейнольдса:

    .

59. Принимаем S/r=0,05.

50. Потери на трение в дисках:

• коэффициент потерь

     

где К_тр.д – определяется по рис.17

• потери энергии:

          

51. Относительный внутренний КПД выраженный через потери:

     .  

52. Откладываем на рис.3 потери Δh_р,Δh_тр.д,Δh_в.с получаем т.2' с параметрами:

     i'₂=i_2t+ Δh_р+Δh_тр.д+Δh_в.с=3173,49+1,696+0,045+3,1688=3178,39 кДж/кг, Р₂=1,42 МПа;  υ'₂=0,2021 м³/кг; t'₂=363,5°С.

53. Использованный теплоперепад:

  .

54. Относительный внутренний КПД выраженный через теплоперепады:

    .

55. Внутренняя мощность ступени:

    .

_{Проверка:}

 
 
 
 

Расчет  второй нерегулируемой ступени:

1. Состояние  пара перед сопловой решеткой определяется точкой 2 (рис.3)

    i₂=3082 кДж/кг, Р₂=1,42 МПа;  υ₂=0,1865 м³/кг; t₂=319,1 °С.

2. Располагаемый  теплоперепад второй нерегулируемой  ступени между изобарами Р₂=1,42 МПа и Р_z=1,178 МПа по изоэнтропе 2 – z'_t( рис.3):

     h_о2нс=i₂-i_zt'=3175,99–3123,59 =52,4 кДж/кг.

3. Располагаемый  теплоперепад по заторможенным  параметрам с учетом использования кинетической энергии от выходной скорости из предыдущей ступени:

       .

4. Параметры  заторможеного потока: ,

Р₂^*=1,615 МПа, ; υ₂^*=0,1777 м³/кг; t₂^*=365,4 °С.      

5. Фиктивная  скорость в ступени:

       м/с.

6. Средний  диаметр ступени принимаем: d=0,948 м.

7. Окружная  скорость: U=148,88м/с.

8. Отношение скоростей в нерегулируемой ступени:

       .

9. Угол выхода  потока пара из сопловой решетки принимаем =14°.

10. Степень  реактивности ступени принимаем ρ=0,05.

11. Теоретическая  скорость выхода пара из сопловой  решетки:

     .

12. Располагаемый  теплоперепад сопловой решетки:

     h^*_оc=(1– ρ)h^*_о2нс=(1– 0,05)·55,56=52,782 кДж/кг.

13. Теоретические  параметры пара за сопловой  решеткой, точка 1t: 

      i_1t=i^*_2'–h^*_оc=3178,24–52,782=3125,462 кДж/кг,Р₁=1,33 МПа, υ_1t=0,2065м³/кг, t_1t=337,6°С.