Расчет закрутки последней ступени

РАСЧЕТ ЗАКРУТКИ ПОСЛЕДНЕЙ СТУПЕНИ

В любой ступени параметры потока изменяются по высоте лопаток. В ступенях с относительно короткими лопатками, у которых отношение среднего диаметра к высоте , эти изменения сравнительно невелики и при расчете таких ступеней изменением параметров по высоте пренебрегают. Так рассчитывают, например, ступени ЧВД и часть ступеней ЧСД турбин малой и средней мощности. В ступенях с длинными лопатками, у которых отношение , параметры потока по высоте лопатки изменяются значительно, что заставляет учитывать эти изменения в расчетах. Кроме того, следует учитывать также существенное увеличение окружной скорости лопаток с увеличением диаметра по высоте. Суммарное влияние этих факторов приводит к изменению треугольников скоростей, перераспределению расхода и пр. и побуждает закручивать лопатки, изменяя их профиль по высоте. Это касается ступеней ЧНД и части ступеней ЧСД.

Среди различных законов закрутки выберем, например, закон постоянства угла выхода потока из сопловой решетки α_1эф = const по высоте ступени. Он относится к «степенным» законам  при   Наиболее просто расчет проводится по элементарным участкам. Проточную часть последней ступени ЧНД, предварительно рассчитанную по параметрам на среднем диаметре, разбивают по высоте на несколько кольцевых участков одинаковой высоты ∆r, каждый из которых рассчитывают, как ступень с короткими лопатками по одномерной методике, рис.16.

Расходы пара по участкам, кг/с:

где - средние радиусы участков по выходным кромкам сопловой и рабочей решеток, м;  - высота участков, м; i - номер участка.

Степень реактивности каждого участка:

где  ρ_тк = 0,03-0,05 – степень реактивности прикорневого участка; r_k - корневой радиус ступени, r_k = d_k/2, м.

Расчет закрутки выполняется по известным размерам ступени d_ср, l₁, l₂ и др., найденным в расчете по среднему диаметру (раздел 3).

О с н о в н ы е  э т а п ы  р а с ч е т а

1. На миллиметровой бумаге вычерчивается эскиз проточной части ступени и разбивается на несколько участков одинаковой высоты, рис.16. В целях упрощения расчетов допускается пренебрегать различием высот сопловых и рабочих лопаток (r_1i ≈ r_2i). Определяются средние радиусы каждого участка и высота .

2. Степень реактивности каждого участка определяется по формуле:

где  - степень реактивности прикорневого участка, выбирается на этапе расчета ступени по среднему диаметру. Углы  по всем участкам согласно закону закрутки принимаются одинаковыми, где значение  принимается по результатам расчета последней ступени по среднему диаметру, раздел 3.

3. Определяются теплоперепады h_{oc i} и h_{ол i}, а также параметры пара за сопловой решеткой Р_1i, V_1ti  по участкам.

4. Вычисляется теоретическая скорость выхода из сопел и число Маха:

5. Определяется расход пара в каждом участке, кг/с:

-при M_1t<1     

-при M_1t>1     

Здесь   

для  перегретого пара   для влажного пара  

6. Определяется суммарный расход пара через все участки  Полученное значение сравнивается с заданным расходом через ступень G. Если расхождение между ними превышает 2%, т.е. необходимо откорректировать во всех сечениях значение угла  пропорционально отношению расходов

7. После корректировки угла  расчет повторяется от пункта 2.

8. Далее расчет каждого участка производится по одномерной методике. В результате расчета определяются все элементы треугольников скоростей и выбираются профили лопаток по участкам.

Эффективные углы выхода из рабочей решетки определяются по найденным расходам ∆G_i через участки:

при M_2t < 1       

при М_2t > 1   

где     При сверхзвуковом истечении (M_1t, M_2t > 1) необходимо учитывать отклонение потока в косом срезе решеток:

Допускается принимать постоянными значения коэффициентов скорости φ, ψ и расхода μ₁ μ₂ по высоте лопаток. При выборе профилей рабочих лопаток необходимо учитывать условия прочности. Хорда профиля у корня лопатки для турбин большой мощности достигает 120-250 мм. Относительный шаг рабочих лопаток в корневом сечении составляет