Тепловой расчёт рабочей решётки турбины

                2  Конструкторская часть

       2.1  Тепловой расчёт рабочей решётки

Конструкция турбины, имеющей вращающийся ротор, предопределяет использование в качестве каналов для течения пара кольцевых решёток.

Рабочая решётка – это совокупность подвижных рабочих лопаток ступени, установленных на роторе турбины. Все лопатки рабочей решётки имеют одинаковый по форме профиль и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга ( рис. 2.1 ). Соответствующим выбором формы профилей и их расположением в решётке можно создать каналы с требуемым законом изменения площади сечения.

рис. 2.1 – Рабочая решётка турбины.

        Для предварительного расчета примем следующие исходные данные,

часть которых были получены в результате расчета  тепловой схемы

заданного энергоблока, другая  часть из предварительных расчётов       

ступени турбины [9], [10].

D₀ = 371.51 кг/с – расход пара на турбину;

Р₀ = 4.3 МПа – давление пара перед турбиной;

h₀  = 2800 кДж/кг – энтальпия пара перед турбиной,

 поступающего в  конденсатор;

t₀ = 254,9 °C – температура пара перед турбиной;

Δt_п^’ =0 °C – начальный перегрев пара за сопловой решёткой;

W₁ = 120 м/с – относительная скорость пара на рабочие лопатки;

h₁  = 2758,5 кДж/кг – энтальпия пара в действительном процессе за сопловой решёткой (перед рабочей);

l₂=85 мм – высота рабочей решётки;

ρ_ср = 0,1 – реакция ступени на среднем диаметре;

Н_т0 = 50,21 кДж/кг – располагаемый теплоперепад ступени по параметрам торможения.

2.1.1Расчёт основных параметров рабочей решётки

Кинетическая энергия пара на входе в рабочую решётку:

                                             ΔН_вх=,                                               (2.1)

ΔН_вх==7,2 кДж/кг.

Теплосодержание заторможенного потока перед рабочей решёткой:

                                                h_т1=h₁+ΔН_вх  ,                                          (2.2)

h_т1=2758,5+7,2=2765,7 кДж/кг. 

         Параметры заторможенного потока перед рабочей лопаткой:

         по h_т1=2765,7  кДж/кг    и      s₁=6,0381      определяем

         Р_т1=3,458 МПа,   t_т1=241,8 °C,  ύ _т1=0,0563 м³/кг,    y_т1=0,026.

    Изоэнтропный теплоперепад рабочей решётки по статическим параметрам:

                                                   Н₀₂= ρ_ср× Н_т0 ,                                        (2.3)

Н₀₂= 0,1× 50,21=5,021 кДж/кг.

  Изоэнтропный теплоперепад рабочей решётки по параметрам торможения:

                                              Н_т02= Н₀₂+ ΔН_вх                                             (2.4)

Н_т02= 5,021+ 7,2=12,22 кДж/кг.

   Теплосодержание в конце изоэнтропного расширения в рабочей решётке:

                                               h_2t=h_т1+Н_т02  ,                                            (2.5)

h_2t=27,65,688+12,22=2753,5 кДж/кг.

            Параметры пара в изоэнтропном процессе за рабочей решёткой:

по  h_2t=2753,5 кДж/кг     и     s₁=6,0381      определяем

Р₂=3,25 МПа,    t_2t=238,2 °C,  ύ_2t=0,0563 м³/кг,    y_2t=0,033.

     Некоторые коэффициенты:

Δt_п^’ =0 °C,  y₀=0,005 – пар влажный, отсюда определяем:

ε_кр=0,577 – критическое отношение давлений;

к=1,135 – показатель изоэнтропы;

χ₁=0,635 – коэффициент;

χ₂=0,635 – коэффициент.

            Относительная теоретическая скорость на выходе из решётки:

                                         W_2t= ,                                     (2.6) 

W_2t= =156.3 м/с.      

            Скорость звука:

                                 a_2t= ,                                       (2.7) 

a_2t= =469.7 м/с.

            Число Маха:

                                                 М_2t=,                                               (2.8)

М_2t==0.333 .

            Отношение давлений:

                                                      ε₂=,                                             (2.9)

ε₂==0.94.

           Критическое давление:

                                                    Р_кр=Р_т1× ε_кр,                                         (2.10)

Р_кр=3,458× 0,577=1,995 МПа.

            Критические параметры пара в рабочей решётке:

по     Р_кр=1,995 МПа     и     s₁=6,0381      определяем

h_кр2=2753,5 кДж/кг,       t_кр2=238,2 °C,      ύ_кр2=0,0563 м³/кг.

            Предварительно примем велечину хорды профиля рабочей решётки по среднему диаметру b₂=60 мм.

            Относительная высота рабочей решётки:

                                                            l_отн=,                                                  (2.11)

l_отн==1,417.

            Коэффициент расхода рабочей решётки (первоначально):

            для  Δβ=130 ^оС :                  μ₂= μ_пп2×1,003                                            (2.12)

            где

μ_пп2=[-0,0143×l_отн]+0.9457

μ_пп2=(-0,0143×1.417)+0.9457=0.925.

            Подставив в формулу (2.12), получим значение коэффициента расхода: