Расчет ступени осевой турбины

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет ступени осевой турбины

 

 

Руководитель	Э. А. Кравцов
Студент гр. КТЗ-351501у-КТ	Д.А Волосников

 

 

г.Краснотурьинск

2017

 

Содержание:

Введение………………………………………………..…………………………3

1. Определение основных геометрических размеров меридионального сечения ступени турбины…………………………..……………………………..5

2. Определение параметров потока в сопловом аппарате ступени на среднем диаметре……..…………………………………………………………...11

3. Определение параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса на среднем диаметре…………………………………………….………………...16

4. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянной циркуляции ……22

5. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянства угла абсолютной скорости α₁=const для втулочного диаметра………...............................................................26

6. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону гиперболического возрастания к корню тангенса угла потока в осевом зазоре ……………..…………31

7. Профилирование элементов ступени турбины в корневомсечени……37

Заключение……………………………………………………………………….43

Список литературы………………………………………………………………44

Приложения………………………………………………………………………45

Введение

Ступень осевой турбины состоит из соплового аппарата и рабочего колеса. Главной задачей инженеров при проектировании ступени турбины является достижение максимальной экономичности и надежности при минимальной стоимости. Целью данного расчета является определение газодинамических параметров ступени осевой турбины на среднем диаметре, газодинамический расчет ступени на различных радиусах с учетом законов закрутки.

В детальном расчете ступени турбины по среднему диаметру определяются значения скоростей и углов потока, которые соответствуют заданному значению термодинамических параметров, следовательно, и эффективному теплоперепаду ступени. Расчетные зависимости междуэффективнымтеплоперепадом и кинематическими параметрами ступени получаются из совместного решения уравнений неразрывности потока, моментов количества движения и уравнения энергии. Эти уравнения решаются для различных диаметров ступени, но с учетом всех потерь, имеющихся в проточной части ступени. Также для определения термодинамических параметров ступени необходимо оценить степень реактивности, следует иметь ввиду, что с увеличением степени реактивности ступени коэффициент нагрузки уменьшается, существенного возрастания КПД не происходит, а закрутка за рабочим колесом возрастает. Также увеличиваются потери в радиальном зазоре, что может привести к снижению КПД.

    Построение профилей сечений рабочей лопатки на различных радиусах производится на основе результатов расчета параметров потока по радиусу лопатки для выбранного закона профилирования.

Профилирование является сложным и трудоемким процессом, поскольку взаимодействие рабочей части лопатки с газом должно удовлетворять целому ряду требований газовой динамики, прочности и технологичности конструкции.

Задача проектирования сводится к поиску такой геометрии лопаток, которая обеспечивала бы заданное изменение скоростей потока на всех радиусах проточной части с минимальными гидравлическими потерями. В дополнение к этому спроектированный венец удовлетворительно работать и на нерасчетных режимах, обладать статической и динамической прочностью в течение всего ресурса работы установки. Для расчёта ступени осевой турбины исходные данные:

 - частота вращения ротора;

- расход рабочего тела (газа);

– полное давление газа на входе в ступень турбины;

- полная температура газа на входе в ступень турбины;

- изоэнтропическийтеплоперепад ступени турбины;

   В приближённых расчётах ступени осевой турбины принимают значения показателя адиабаты ; газовой постоянной ; средняя теплоёмкость .

 

Вспомогательные параметры

7.32.1 Угол касательной к окружности с центром О₂:

7.32.2 Угол касательной к окружности с центром О₁:

 

Расчеты основных геометрических параметров профиля рабочей лопатки на среднем и периферийном диаметре сведем в таблицу1,приложение 5.

На основе полученных данных изобразим процесс расширения газа в ступени осевой турбины в H-Sкоординатах (Приложение 6).

По результатам расчета чертим профили лопаток рабочего колеса в различных сечениях, изображаем в Приложени

Рис. 5.1. Форма профилей лопаток рабочего колеса первой ступени на втулочном сечении.

и7.

 

Заключение

  В данной курсовой работе был произведен расчет ступени осевой турбины с определением основных газодинамических параметров на различных радиусах, выбор закона закрутки с построением соответствующих треугольников скоростей для трех принципиальных сечений, графиков изменения параметров потока по радиусу пера лопатки, а также профилей рабочей лопатки в этих сечениях.

Ступень была спрофилирована по закону постоянства угла абсолютной скорости , так как данный закон обеспечивает незначительное изменение степени реактивности и угла  по радиусу.

Была определена кинематика потока в различных сечениях и построены треугольники скоростей для трех сечений: втулки, среднего диаметра и периферии.

Так же проведя расчёт ступени осевой турбины и выполнив профилирование лопаток на различных сечениях, можно наглядно увидеть изгиб профиля лопатки при её переходе от периферии ко втулке.

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет ступени осевой турбины

 

 

Руководитель	Э. А. Кравцов
Студент гр. КТЗ-351501у-КТ	Д.А Волосников

 

 

г.Краснотурьинск

2017

 

Содержание:

Введение………………………………………………..…………………………3

1. Определение основных геометрических размеров меридионального сечения ступени турбины…………………………..……………………………..5

2. Определение параметров потока в сопловом аппарате ступени на среднем диаметре……..…………………………………………………………...11

3. Определение параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса на среднем диаметре…………………………………………….………………...16

4. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянной циркуляции ……22

5. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону постоянства угла абсолютной скорости α₁=const для втулочного диаметра………...............................................................26

6. Расчёт параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток по закону гиперболического возрастания к корню тангенса угла потока в осевом зазоре ……………..…………31

7. Профилирование элементов ступени турбины в корневомсечени……37

Заключение……………………………………………………………………….43

Список литературы………………………………………………………………44

Приложения………………………………………………………………………45

Введение

Ступень осевой турбины состоит из соплового аппарата и рабочего колеса. Главной задачей инженеров при проектировании ступени турбины является достижение максимальной экономичности и надежности при минимальной стоимости. Целью данного расчета является определение газодинамических параметров ступени осевой турбины на среднем диаметре, газодинамический расчет ступени на различных радиусах с учетом законов закрутки.

В детальном расчете ступени турбины по среднему диаметру определяются значения скоростей и углов потока, которые соответствуют заданному значению термодинамических параметров, следовательно, и эффективному теплоперепаду ступени. Расчетные зависимости междуэффективнымтеплоперепадом и кинематическими параметрами ступени получаются из совместного решения уравнений неразрывности потока, моментов количества движения и уравнения энергии. Эти уравнения решаются для различных диаметров ступени, но с учетом всех потерь, имеющихся в проточной части ступени. Также для определения термодинамических параметров ступени необходимо оценить степень реактивности, следует иметь ввиду, что с увеличением степени реактивности ступени коэффициент нагрузки уменьшается, существенного возрастания КПД не происходит, а закрутка за рабочим колесом возрастает. Также увеличиваются потери в радиальном зазоре, что может привести к снижению КПД.

    Построение профилей сечений рабочей лопатки на различных радиусах производится на основе результатов расчета параметров потока по радиусу лопатки для выбранного закона профилирования.

Профилирование является сложным и трудоемким процессом, поскольку взаимодействие рабочей части лопатки с газом должно удовлетворять целому ряду требований газовой динамики, прочности и технологичности конструкции.

Задача проектирования сводится к поиску такой геометрии лопаток, которая обеспечивала бы заданное изменение скоростей потока на всех радиусах проточной части с минимальными гидравлическими потерями. В дополнение к этому спроектированный венец удовлетворительно работать и на нерасчетных режимах, обладать статической и динамической прочностью в течение всего ресурса работы установки. Для расчёта ступени осевой турбины исходные данные:

 - частота вращения ротора;

- расход рабочего тела (газа);

– полное давление газа на входе в ступень турбины;

- полная температура газа на входе в ступень турбины;

- изоэнтропическийтеплоперепад ступени турбины;

   В приближённых расчётах ступени осевой турбины принимают значения показателя адиабаты ; газовой постоянной ; средняя теплоёмкость .