Тепловой расчет регулирующей ступени турбины
1. Параметры пара перед сопловой решеткой:
Принимаем что:
h*00(Р*00 = 16,5 МПа; t*00 = 540 0С) = h*0(Р*0 = 16 МПа; t*0 = 538 0С) = 3407кДж/кг.
Энтропия s*0(Р*0 = 16 МПа; t*0 = 538 0С) = 6,442 кДж/кг 0С.
2. Определение окружной скорости:
Диаметр d = 1,0 м - взят из прототипа турбины К-300-170-2 ЛМЗ.
Окружная скорость: 
, м/с. где 
- число оборотов турбины.
м/с.
3. Принимаем степень реактивности r = 0,02 (для обеспечения конфузорности течения), коэффициент скорости j = 0,96 и угол направления a1 = 140.
4. Определение располагаемого теплоперепада от параметров торможения:
Отношение 
Тогда фиктивная скорость 
,м/с.
Отсюда 
м/с.
Теплоперепад 
, кДж/кг.
Отсюда 
кДж/кг.
5. Определим параметры, необходимые для построения процесса расширения пара в турбине (регулирующей ступени).
Теплоперепад, срабатываемый на сопловой решетке:
Н*ос = (1-r)× Н*0 , кДж/кг.
Н*ос= (1-0,02)×53,1 =52,5 кДж/кг.
Теплоперепад, срабатываемый на рабочей решетке:
Н*ор = r× Н*0 ,кДж/кг.
Н*ор= 0,02×53,1 = 1,062 кДж/кг.
Найдем теплофизические параметры пара:
Теоретическая энтальпия на выходе из сопловой решетки:
h1t = h*0 - Н*oc ,кДж/кг.
h1t =3407 - 52,5 = 3327,5 кДж/кг.
Давление на выходе из сопловой решетки:
P1(h1t=3327,51 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 12,56 МПа.
Теоретическая энтальпия на выходе из рабочей решетки:
h2t’ = h*0 - Н*0 кДж/кг.
h2t’=3407 – 53,1 = 3325,9 кДж/кг.
Давление на выходе из рабочей решетки:
P2(h2t’=3325,9 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 12,5 МПа
Удельный объем на выходе из сопловой решетки:
u1t(h1t=3327,5 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 0,02521 м3/кг.
Удельный объем на выходе из рабочей решетки:
u2t’(h2t’=3325,9 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 0,02531 м3/кг.
Температура на выходе из сопловой решетки:
t1t(h1t=3327,5 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 494,5 0C.
Температура на выходе из рабочей решетки:
t2t’(h2t’=3325,9 кДж/кг; S0 = 6,442 кДж/кг 0C) = 493,6 0C.
6. Определение площади выхода сопловой решетки:
Отношение давлений 
(для к = 1,3).
Решетка сопловая дозвуковая.
Принимаем в первом приближении коэффициент
расхода
Расход пара:
,кг/с.
где 
- составляющая скорости ,м/с.
м/с.
Проходная площадь горлового сечения сопловой решетки:
,м2.
м2.
Длина сопловой лопатки рассчитывается как:
.
Тогда 
Определим степень парциальности:
.
Определим длину сопловой лопатки:
7. Выбор хорды профиля сопловой решетки:
Принимаем ширину хорды профиля b1 = 100 мм.
Отношение 
.
Уточняем значение коэффициента расхода:
.
.
m(0) » m(1) и второго приближения не требуется.
8. Выбор профиля сопловой решетки:
a0 = 900 Выбираем решетку С-90-12-А
a1 = a1эф = 140
Относительный шаг 
. Принимаем 
.
Определим число лопаток: 
.
Отсюда 
шт.
Шаг лопаток:
, м.
Отсюда 
м.
9. Определим число Рейнольдса:
Кинематическая вязкость пара за сопловой решеткой:
u1t(t1t=494,5 0С; Р1 = 12,5 МПа) = 7,3·10-7 м2/c.
Число Рейнольдса 
.
10. Определим число Маха
.
где 
- теоретическая скорость звука, м/с.
,м/с.
м/с.
Отсюда число Маха
.
11. Проверка выбора коэффициента скорости:
.
.
j(0) » j(1) и второго приближения не требуется.
Определение составляющих скоростей:
,м/с.
м/с.
,м/с.
м/с.
,м/с.
м/с.
Угол выхода пара:
arc
.
sin
, следовательно 
.
12. Теоретическая скорость выхода потока из рабочей решетки:
Из уравнения сохранения энергии: 
Отсюда 
,м/с
м/с.
Число Маха для рабочей решетки:
где 
- теоретическая скорость звука, м/с.
, м/с.
м/с.
Отсюда число Маха для рабочей решетки:
.
13. Определим угол b2эф и площадь выхода рабочей решетки:
Принимаем коэффициент расхода: m2(0) = 0,93.
Определим проходную площадь горлового сечения рабочей
решетки 
:
, кг/с. следовательно 
,м2.
Отсюда 
м2.
Определим длину рабочей лопатки: 
,мм.
где 
мм - перекрыша рабочих лопаток.
Длина рабочей лопатки:
мм.
Синус угла b2эф:
.
.
Отсюда угол b2=26,5° ; b2 » b2эф.
14. Выбор профиля рабочей решетки:
М2t = 0,28 Выбираем решетку Р-35-25А
b2эф = 26,5
b2эф
= (22…28); b1 =30…50; 
.
Принимаем относительный шаг 
.
15. Выбор хорды профиля и определение числа лопаток рабочей решетки:
Принимаем хорду профиля b2 = 70 мм.
Число лопаток: 
.
шт.
16. Проверка правильности коэффициента расхода и определение числа Рейнольдса:
.
.
m2(0) » m2(1) и второго приближения не нужно.
Число Рейнольдса для рабочей решетки:
.
Кинематическая вязкость:
V2t(t2t’=493,6 0С; Р2 = 12,5 МПа) = 7,291×10-7 м2/с.
Отсюда 
> Reавт = (2 - 5)×105.
17. Определение коэффициента скорости рабочей решетки:
.
.
18. Определение составляющих треугольника скоростей:
, м/с.
, м/с.
,м/с.
м/с.
м/с.
м/с.
Синус угла входа:
.
.
19. Удельная работа, развиваемая газом на лопатках турбины Hu и относительный лопаточный КПД hол.
Удельная работа:
кДж/кг.
.
Мощность, развиваемая газом:
, кВт.
кВт.
Относительный лопаточный КПД:
.
.
20. Определим потери:
Потери в сопловой решетке:
, кДж/кг
кДж/кг.
Потери в рабочей решетке:
кДж/кг
кДж/кг.
Потери с выходной скоростью:
,кДж/кг.
кДж/кг.
Удельная работа по балансу потерь:
,кДж/кг.
кДж/кг.
21. Определим дополнительные потери: xтр, xпарц, xут, xвл
Потери от влажности xвл = 0, т.к. ступень работает в области перегретого пара.
- относительные потери на трение. где kтр = 0,6×10-3
- коэффициент трения.
.
xпарц = xвент + xсегм - относительные потери парциального подвода.
- вентиляционные потери.
- сегментные потери.
где i - число пар группы сопел;
kсег = 0,25 - эмпирический коэффициент.
.
xпарц = 0,015 + 0,029 = 0,045
- относительные потери от утечек. где dэкв
= 0,6 мм - эквивалентный зазор.
- диаметр по периферии рабочих лопаток, м.
dп = 1,0 + 0,043 + 2×0,003=1,049 м.
.
22. Определение относительного внутреннего КПД hoi и использованного теплоперепада ступени Hi.
Относительный лопаточный КПД:
.
.
,кДж/кг.
кДж/кг.
Мощность ступени:
.
.
23. Проверка правильности выбора хорды рабочей лопатки:
Усилие 
, Н
.
или можно также определить как 
Н.
Осевой момент сопротивления:
см3.
см3.
Изгибающее напряжение:
,МПа .
МПа.
- проверка на прочность;
где 
МПа, следовательно, проверка выполняется.
В дальнейшем расчет остальных ступеней проводим по алгоритму
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.