Часть 4. Детальный расчет первой активной ступени

 

Исходные данные для расчета первой активной ступени (следующая за ступенью скорости или вторая ступень турбины):

 

Давление на входе в ступень – р ₀ = 45,8 бар (4,58 МПа).

Давление на выходе из ступени р ₂ = 40,4 бар (4,04 МПа).

Расход пара через ступень – D = 53,3 кг/с.

Энтальпия пара на входе в ступень – h ₀ = 3354 кДж/кг (из предварительного расчета, по hs-диаграмме, термодинамическим таблицам или программе WSPro).

Удельный объем пара на входе в ступень – v ₀ = 0,07 м3/кг (из предварительного расчета, по hs-диаграмме, термодинамическим таблицам или программе WSPro).

Изоэнтропийный теплоперепад на ступень – D Н = 40 кДж/кг (из предварительного расчета).

Скорость пара на входе в ступень – = 137 м/с (из расчета ступени скорости).

Число оборотов – n = 50 с^-1.

 

1. Располагаемый теплоперепад на ступени от параметров торможения

 

кДж/кг

 

2. Фиктивная скорость

 

м/с

 

3. Степень реакции ступени принята (по аналогии с расчетом ступени скорости) q=0,05 – для активной ступени.

 

4. Оптимальное отношение

 

=0,42…0,55 – для одновенечных ступеней активного типа [Трухний]

В данном примере принято =0,5.

 

5. Окружная скорость

 

м/с

 

6. Средний диаметр ступени

 

м

 

7. Располагаемый теплоперепад сопловой решетки

 

кДж/кг

 

8. Строят процесс расширения пара в первой нерегулируемой ступени в hs -диаграмме, рис.9, откуда определяют давление за сопловой решеткой – р ₁ = 4,08 МПа; удельный объем за сопловой решеткой – v _{1 t} = 0,077 м3/кг (при изотермическом расширении).

Можно использовать термодинамические таблицы или программу WSPro.

Процесс расширения пара строят по аналогии и по тем же принципам, что и для ступени скорости.

 

9. Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки и число Маха

 

м/с

,

где скорость звука =637 (определена по WSPro).

 

10. Выбор профиля для сопловой решетки.

 

Дозвуковое течение (М<1, п.9, часть 4) обусловливает профиль тип А. С учетом угла выхода потока из ступени скорости ( °, п.49, часть 3) и так как средний диаметр ступени немногим менее d _ср ступени скорости (1,1 м), выбирают профиль С 55 15 А.

Характеристики профиля: =0,8 – относительный шаг; a₁=15 ° – угол выхода потока.

 

Рис.9. Процесс расширения пара в первой нерегулируемой ступени в hs -диаграмме

 

11. Коэффициент потерь и степень парциальности.

 

Для первой нерегулироуемой ступени с учетом п.17, части 3 и рис.6 принято x_с = 0,08; степень парциальности е = 0,8 и учитывает, что влияние регулирующей ступени (с парциальным подводом пара) еще высоко.

 

12. Потери в соплах

 

кДж/кг

 

13. Действительная скорость выхода из сопл

 

м/с

 

14. Строят треугольники скоростей (аналогично ступени скорости), рис.10, откуда определяют скорость на выходе из сопл и ее угол

 

w ₁ = 140 м/с; b₁=27 °.

 

Рис.10. Треугольники скоростей для первой нерегулируемой ступени (второй ступени)

 

15. Площадь сечения сопловой решетки

 

м/с

 

16. Высота сопловой решетки

 

м

 

и после округления l ₁=18 мм, что больше 12 мм (l ³ 12 технологическое ограничение на изготовление лопаток).

Если расчетное значение l ₁<12 мм, то следует:

· оптимизировать профиль путем подбора угла a₁ (следует максимально снизить угол);

· уменьшить d _ср за счет снижения ;

· снизить располагаемый теплоперепад сопловой решетки за счет увеличения реактивности (q).

 

17. Располагаемый теплоперепад рабочей решетки

 

кДж/кг

 

18. Теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки

 

м/с

 

19. Действительная скорость пара на выходе из рабочей решетки

 

м/с

 

20. Потери в рабочей решетке

 

кДж/кг

 

21. Выходная площадь рабочей решетки

 

м²

 

22. Высота рабочих лопаток

 

мм

 

где величина перекрыши для безударного входа потока принята D»3 мм.

 

23. Угол выхода из рабочей решетки эффективный

 

откуда .

 

24. Строят треугольники скоростей, рис.10, откуда определяют скорость выхода из рабочей решетки и ее угол

 

с ₂ = 82 м/с; a₂ = 110 °.

 

25. Выбирают профиль рабочей решетки (по атласу)

 

Для данного примера – Р 23 14 Ак (индекс «к» – для малых высот лопаток).

 

26. Потери на рабочей решетке на трение и от парциального подвода (аналогично п.51, части 3)

 

кДж/кг

 

Здесь относительная потеря на трение

 

,

 

В данном случае принято x_парц=0,02.

 

27. Потери с выходной скоростью

 

Дж/кг (3,3 кДж/кг)

 

28. Потери с выходной скоростью и потери на трение и от парциального подвода пара откладываются на hs -диаграмме, рис.9.

 

29. Результаты расчета первой активной ступени сводят в таблицу, табл.5.

 

Таблица 5

Сводная таблица результатов расчетов активной ступени

№	Наименование	Размерность	Решетка
сопловая	рабочая
	Расход пара, D	кг/с	53,3
	Начальное давление, p 0	МПа	4,58
	Энтальпия пара на входе в ступень, h 0	кДж/кг
	Располагаемый теплоперепад ступени, H 0	кДж/кг
	Скорость пара на входе в ступень, с 0	м/с
	Располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения,	кДж/кг
	Фиктивная скорость, с ф	м/с
	Степень ракции, q		0,05
	Отношение скоростей,		0,5
	Окружная скорость, u	м/с
	Средний диаметр, d ср	м	0,993
	Располагаемый теплоперепад решетки, h 0	кДж/кг		2,45
	Теоретическая скорость выхода, с 1 t, w 2 t	м/с
	Число Маха, М		0,48
	Решетка	тип	С5515А	Р2314Ак
	Относительный шаг,		0,8	0,7
	Степень парциальности, е		0,8
	Коэффициент потерь, x	От.ед.	0,08
	Потеря энергии в решетке, D h	кДж/кг		0,2
	Действительная скорость выхода, с 1, w 2	м/с
	Угол входа, a0=a’2, b1	°
	Угол выхода, a1, a2	°
	Скорость выхода, w 1, с 2	м/с
	Коэффициент расхода, m		0,99	0,99
	Выходная площадь, F	м2	0,014	0,027
	Высота лопатки, l	мм
	Относительные потери от парциальности, xпарц	От.ед.	0,02
	Относительные потери на трение, xтр	От.ед.	0,0044
	Потеря с выходной скоростью, D h в.с	кДж/кг	3,3