Последовательность расчета осевой турбины

 

1. Численным решением соотношения (10), или (13, 16) определяется значение коэффициента избытка воздуха, затем по формулам (11) и (12), либо (14, 15, 17, 18) рассчитываются значения следующих термодинамических свойств рабочего тела газовой турбины: теплоемкости  кДж/кг, показателя изоэнтропического расширения k. Использование графических зависимостей нежелательно ввиду больших погрешностей определения параметров.

Последовательно рассчитываются следующие параметры газов и геометрических размеров газовой турбины.

2. Работоспособность газов R кДж/кг град по известному соотношению

 

, кДж/(кг град).

 

3. Давление газов на выходе из камеры сгорания

 

, МПа,

 

где коэффициент потерь давления  (sigmkc) принят по умолчанию равным 0,96. Предусмотрена возможность корректировки его значения в диалоговом режиме по запросу.

4. Плотность газов на выходе из КС:

 

, кг/м³.

 

5. Потери давления во входном устройстве (конфузоре) турбины

 

.

 

6. Давление потока на входе в сопловой аппарат первой ступени турбины

 

.

 

7. Температура потока на входе в СА первой ступени

 

.

 

8. Плотность газов на входе в сопловой аппарат (СА) первой ступени

 

, кг/м³

 

9. Вывод в печать значений R, р ₃₀, r₃₀, Dr₃₀, р ₃, Т _3с, r₃

10. Давление на входе в котел утилизатор принято равном 0,105 МПа (р _ку = 0,105)

11. Температура газов на входе в котел утилизатор

 

, К

 

12. Плотность газов на входе в КУ

 

, кг/м³

 

13. Потери давления на входе в КУ

 

, Па

 

14. Давление газов на выходе из турбины

 

, Па.

 

15. Перепад давлений в турбине

 

 

 

16. Температура газов на выходе из турбины

 

, К

 

17. Плотность газов на выходе из турбины

 

, кг/м³.

 

18. Вывод в печать результатов расчета р _ку, Т _ку, r_ку, D р _ку, р ₄, p_т, Т ₄, r₄.

19. Принимаем коэффициент возврата теплоты в ступени турбины =1,03; адиабатический КПД турбины =0,87.

20. Изоэнтропический (адиабатический) КПД ступени

 

,

 

где число ступеней турбины для исключения рекурсивных циклических обращений к процедуре уточнений принято равным z = 4.

21. Коэффициент возврата теплоты в турбине

 

 

 

22. Работа, совершаемая в турбине

 

, кДж/кг.

 

23. Вывод в печать результатов вычислений a_{т ст}, h_{из т}, h_{из ст}, a_т, Н_т.

24. Принимаем средний теплоперепад (работу) в ступенях турбины =140 кДж/кг. По запросу пользователя программы значение  может быть уточнено

25. Число ступеней турбины , полученное значение округляем до ближайшего целого.

26. Выбираем угол выхода скорости потока из СА 1-ой ступени  градусам, что соответствует степени реактивности в корневом сечении РК 1-ой ступени  = 0,1.

27. Осевая скорость на выходе из СА 1-ой ступени .

28. Принимаем окружную скорость РК турбины на среднем диаметре постоянной для всех ступеней равной U _ср(Ucr) = 340 м/с, коэффициент затенения ометаемой площади  = 0,97. Предусмотрена возможность корректировки значения U _ср в ходе выполнения программы расчета.

29. Площадь сечения потока на входе в СА 1-ой ступени

 

, м².

 

30. Средний диаметр , м

31. Длина лопаток соплового аппарата во входном сечении первой ступени

 

 ,м

 

32. Площадь сечения потока газов на выходе из РК последней ступени

 

, м².

 

При выполнении программы предусмотрена возможность корректировки значений входной и выходной скорости.

33. Длина рабочих лопаток РК на выходе потока газов из последней ступени

 

, м.

 

34. Вывод в печать результатов расчета

 

 

35. Для удобства геометрических построений последовательно вычисляются: наружный (периферийный) и втулочный диаметр соплового аппарата 1-ой ступени , а также наружный (периферийный) и втулочный диаметр рабочего колеса последней ступени . Разумеется, втулочного диаметра сопловых аппаратов не существует, втулочный диаметр в этом случае соответствует размеру газодинамического канала СА.

36. По результатам расчетов строим эскиз проточной части газовой турбины, рис. 6.

Полный угол расширения потока  не должен превышать 25 градусов. В противном случае следует увеличить ширину лопаток и  ступеней, необходимо соблюдать также осевые зазоры S₁ и S₂. Рекомендуется выбрать также , однако это условие не является критическим, допускается корректировка их значений при конструктивной проработке. В последнем случае весьма желательным является выполнение поверочного расчета. На этапе предварительного проектирования ширину лопаток оценивают приближенно по аналогии с прототипом. Например, одинаковыми принимают относительную ширину в корневом сечении  в области переходной части лопатки к гантели хвостовика. В первом приближении для лопаток РК  можно принять равной . Меньшие значения соответствуют последним ступеням турбин (малые значения ); большие – к первым. Напомним, что l представляет длину лопаток.

 

 

Рис. 6. Эскиз проточной части газовой турбины

 

Осевой зазор, несомненно, оказывает влияние на угол раствора газодинамического тракта. Обычно оперируют относительными осевыми зазорами . В целях снижения вибрационных напряжений передний осевой зазор (между венцами ступеней) выбирают в пределах . Большие значения характерны для первых ступеней турбин; задний зазор (между отдельными ступенями) находится в интервале .

III.  Контрольные вопросы

 

1. Адиабатический КПД ступени и многоступенчатого компрессора.

2. Степень реактивности ступени компрессора. Можно ли говорить о степени реактивности многоступенчатого компрессора?

3. Что означает втулочный диаметр?

4. Что означает мидельное сечение?

5. Что представляет коэффициент затраты энергии a, и к чему он относится, к отдельной ступени или всему компрессору?

6. Степень сжатия в одной ступени.

7. Что больше, адиабатическая температура или действительная температура при сжатии воздуха в компрессоре?

8. Коэффициент теоретического напора в ступени

9. Густота решеток b / t

10. Коэффициент затрат работы c_I относится к отдельной ступени или к всему компрессору?

11. Почему окружные составляющие относительных скоростей в ступенях  имеют отрицательный знак?

12. Угол атаки потока воздуха на входной кромке

13. Расход воздуха превышает 500…600 кг/с. Что предпринять, если периферийный диаметр компрессора первой ступени получается слишком большим? (снижать или увеличить осевую скорость на входе в первую ступень? изменить число оборотов, увеличить или уменьшать?)

14. Для чего в многоступенчатых компрессорах снижают осевую скорость потока от ступени к ступени?

15. Закрутка лопаток компрессора и турбины

16. Адиабатический КПД ступени и многоступенчатой турбины

17. Степень реактивности турбинной ступени, можно ли говорить о степени реактивности многоступенчатой турбины?

18. Что больше, адиабатическая температура, или температура политропических процессов расширения газов в турбине?

19. Помпаж в многоступенчатых компрессорах, причины, признаки, меры борьбы.

20. Что представляет относительный втулочный диаметр?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Шигапов А.Б. Стационарные газотурбинные установки тепловых электрических станций /А.Б. Шигапов.– Казань. Изд-во КГЭУ. 2006. -316 с.

2. Стационарные газотурбинные установки. Справочник под редакцией Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. – Л.: Машиностроение. 1989. -543 с.

3. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций /С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. – М.: Изд–во МЭИ. 2002. –584 с.

4. Костюк А.Г. Газотурбинные установки /А.Г. Костюк, А.Н. Шерстюк. – М.: Высшая школа.1979. -254 с.

5. Шигапов А.Б. Термодинамические свойства продуктов сгорания топлив стационарных ГТУ. Методическое пособие /А.Б. Шигапов, И.Ю. Силов, А.В. Калимуллин. –Казань. Изд–во КГЭУ. 2009. -16 с.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

		стр.
I.	Краткие сведения по теории рабочих процессов………...	3
1.1.	Осевой компрессор……………………………………….	3
1.2.	Рекомендации по выбору значений параметров в ступенях…………………………………………………………..	6
1.3.	Газовая турбина…………………………………………..	7
1.4.	Рекомендации по выбору значений параметров при расчете газовой турбины……………… ……………………..	10
II.	Расчет осевого компрессора и турбины…………………..	13
2.1.	Порядок расчета осевого компрессора……………………	13
2.1.1.	Предварительный расчет компрессора……………...…….	13
2.1.2.	Расчет осевого компрессора по ступеням…………………	18
2.1.3.	Расчет выходного тракта компрессора, параметры потока воздуха на входе в камеру сгорания….………………...	23
2.2.	Порядок расчета газовой турбины………………………...	24
2.2.1.	Исходные данные…………………...………………………	24
2.2.2.	Последовательность расчета осевой турбины…………..	25
3.	Контрольные вопросы……………………………………...	29
	ЛИТЕРАТУРА	31