Газодинамический расчет осевой турбины

3 Газодинамический расчет осевой турбины

3.1  Расчет основных размеров меридионального сечения турбины

3.1.1 Скорость на входе в СА ТВД

с₀ = 120,0 м/с.

3.1.2 Приведенное значение скорости

λ_с0 =  == 0,17,

где      R = Дж/кг^.К.

3.1.3 Кольцевая площадь на входе в сопловой аппарат ТВД

м²,

где      m = ;

q(λ_Со) = 0,27 – по таблицам ГДФ.

3.1.4 Кольцевая площадь на выходе из ТВД, при с₂= 140 м/с (λ_С2 = 0,213)

 м²,

где      q(λ_С2) = 0,33.

3.1.5 Высота РЛ на выходе из ТВД

м,

где      D/l = 8 для ТВД, 7 для ТНД и 6 для СТ.

3.1.6 Средний диаметр ТВД

м.

3.1.7 Периферийный диаметр ТВД

м.

3.1.8 Втулочный диаметр ТВД

м.

3.1.9 Высота лопатки на входе в СА (для D_ср =const)

м.

3.1.10 Окружная скорость на среднем диаметре

 м/с.

3.1.11 Число ступеней в ТВД

.

Принимается . Уточненное .

3.1.12 Осевые зазоры

м.

3.1.13 Ширины венцов РК и СА

м;

м.

3.1.14 Угол раскрытия

.

Расчет для ТНД и СТ приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Расчет основных размеров меридионального сечения ТНД и СТ

Параметр	ТНД	СТ
С2	160,0	220,0
λс2	0,25	0,41
FТ	0,87	2,52
lТ	0,20	0,36
Dср Т	1,39	2,19
Dт Т	1,59	1,56
Dвт Т	1,19	1,82
ucр Т	288,8	344,6
zТ	1,00	3,00
xТ	0,54	0,59
ΔS1	0,03	0,05
ΔS2	-	0,05
ΔS3	-	0,05
Bрк1	0,04	0,07
Bрк2	-	0,07

Продолжение таблицы 3.1

Параметр	ТНД	СТ
Bрк3	-	0,07
Bса1	0,08	0,12
Bса2	-	0,12
Bса3	-	0,12
γ	11	13

3.2 Выбор основных параметров ступеней турбины. Распределение теплоперепада между ступенями

Приведен расчет СТ. Вначале определяется эффективный теплоперепад в последней ступени СТ. Степень реактивности для последней ступени ρ_ср = 0,37. Средний диаметр для всех турбин принят за постоянный, следовательно теплоперепад по ступеням СТ распределен равномерно. КПД каждой ступени 0,91, всей СТ – 0,92.

3.2.1 Полная температура на входе во 2 ступень

 К.

3.2.2 Изоэнтропический теплоперепад в 1-й ступени

кДж/кг.

3.2.3 Изоэнтропическая температура на входе во 2 ступень

К.

3.2.4 Полное давление на входе во 2 ступень

кПа.

3.2.5 Параметр нагруженности 1-й ступени

.

Принимается угол . Величина осевой составляющей скорости м/с, .

3.2.6 Коэффициент расхода

.

Принимается степень реактивности для первой ступени СТ ρ_ст1 = 0,30, степень реактивности на втулке при этом ρ_вт = 0,11.

3.2.7 Статическое давление на выходе из 1-й ступени

кПа.

3.2.8 Статическая температура на выходе из 1-й ступени

К.

3.2.9 Статическая изоэнтропическая температура газа на входе во 2-ю ступень

К.

3.2.10 Изоэнтропический теплоперепад в ступени

кДж/кг.

Расчеты основных параметров приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2 – Основные параметры турбины

Параметр	ТВД	ТНД	СТ(1ст)	СТ(2ст)	СТ(3ст)
Р о*	1334,7	830,5	566,1	345,6	199,2
To*	1450,0	1313,8	1200,8	1082,0	961,1
L*ст	172,5	141,1	146,3	146,3	146,3
T2*	1313,8	1200,8	1082,0	961,1	836,9
η*	0,92	0,92	0,91	0,91	0,91
H*s	187,5	153,4	160,8	160,8	160,8
T2s*	1302,0	1190,9	1070,3	949,1	824,6
Р*2	830,5	566,1	345,6	199,2	106,4
u ср	352,3	288,9	344,6	344,6	344,6
x*ст	0,60	0,54	0,61	0,61	0,61
α 0	90	83,7	78,1	81,1	89,1
Р 2	809,6	545,8	328,2	185,3	96,1
T 2	1306,3	1190,7	1069,0	944,7	816,4
T 2s	1294,5	1180,9	1057,4	932,9	804,5
H sст	197,2	165,9	176,6	180,4	184,5
ρ	0,25	0,27	0,30	0,33	0,37

3.3 Расчет ступеней осевой турбины по среднему диаметру

Для примера приведен расчет последней ступени СТ. Определяются  параметры  потока  в  сопловом  аппарате  ступени  на среднем диаметре.

3.3.1 Изоэнтропический теплоперепад в СА 3-й ступени СТ

 кДж/кг.

3.3.2 Изоэнтропический теплоперепад в РК

 кДж/кг.

3.3.3 Изоэнтропическая скорость потока за СА

 м/с.

3.3.4 Абсолютная скорость потока за СА

 м/с,

где      φ_СА = 0,96 – коэффициент скорости.

3.3.5 Приведенное значение скорости с₁

.

И далее по таблицам ГДФ находим:  , .

3.3.6 Статическая температура на выходе из СА

 К,

так как процесс расширения энергоизолированный, то .

3.3.7 Температура за СА в изоэнтропическом процессе

 К.

3.3.8 Статическое давление за СА в изоэнтропическом процессе

 кПа.

3.3.9 Полное давление за СА в изоэнтропическом процессе

 кПа.

3.3.10 Коэффициент потери полного давления

.

3.3.11 Изоэнтропическая приведенная скорость потока за СА

.

3.3.12 Угол выхода потока из соплового венца

.

Угол отставания потока δα₁=0,6^о.

3.3.13 Эффективный угол выхода из СА

.

Угол установки профиля в решетке γ=42^о.

3.3.14 Хорда профиля лопатки СА в среднем сечении

 м.

Оптимальный с точки зрения кпд относительный шаг решетки .

3.3.15 Оптимальный шаг решетки РК

 м.

3.3.16 Оптимальное число лопаток в венце

.

Принимается , соответствующий ему шаг .

3.3.17 Ширина межлопаточного канала в горле

 м.

3.3.18 Осевая и окружная составляющие скорости истечения газа в абсолютном движении

 м/с;

 м/с.

3.3.19 Окружная составляющая скорости на входе в РК в относительном движении

 м/с.

3.3.20 Угол входа потока в РК в относительном движении

.

3.3.21 Скорость на входе в РК в относительном движении

 м/с.

3.3.22 Температура торможения газа перед рабочей лопаткой в относительном движении

 К.

3.3.23 Давление торможения газа перед рабочей лопаткой в относительном движении

 кПа.

3.3.24 Приведенная скорость потока в относительном движении

.

Далее определяются параметры потока за лопаточным венцом рабочего колеса на среднем диаметре.

3.3.25 Скорость истечения газа из РК 3-й ступени СТ в относительном движении при изоэнтропическом расширении газа