Васильев Ю.А., Лоскутникова Г.Т., Андреев Е.А. - Расчёт и проектирование газовой турбины (1041740), страница 2
Текст из файла (страница 2)
При определении ширины лопатки Ь, можно воспользоваться табл.1. Обычно Ь, задают из конструктивных соображений в пределах 10ь30 мм. Чем меньше высота 12 лопаток и больше их ширина, тем больше вторичные потери, которые резко возрастают при 1с,сЬ, < 1+1,5. Вследствие этого, чем короче лопатка, тем она должна выполняться более узкой, а профиль решетки проектируется по специальным рекомендациям 1Ч1. Таблица 1 Относительные размеры проточной части Примечания. Меньшие значения перекрытия. * Для осесимметричных сопел.
Если высота сопел меньше 8ь!2 мм, то, оценив ожидаемые потери, следует либо несколько уменьшить выбранные СУС,д и ас, либо переходить к парциальному подводу газа. При этом ступень должна проектироваться активной. Уточнив 1а по полученному в первом приближении значению Ь„можно провести второе приближение. Профиль сопловой лопатки выбирается из атласа профилей [21 по значениям аа, аь М„„, где с 2 а, (1.14) 1сч1 /с — 1 lс ч1" По наиболее распространенной классификации все используемые в турбостроении профили решеток осевых турбин делятся на три группы: А, Б, 13 В. Каждая из групп предназначена для определенных диапазонов изменения скоРостей: А - пРи М,гы = 0,440,9; Б — пРи М,~,д = 0,9 —:1,2;  — пРи М,~„д > 1,2. Индексация профиля содержит следующие данные: первая буква индекса— вид решетки - сопловая 1С) нли рабочая (Р); две первые цифры - угол потока на входе в решетку в градусах; две следующие - угол потока на выходе в градусах; последняя буква обозначает группу — А, Б, В.
В низкоперепадных предкамерных турбинах обычно в качестве сопловых применяются профили группы А„. На рис. 4 показан для примера один из профилей и приведены его характеристики. Подстрочный индекс як» означает, что лопатка выполнена укороченной. Приводимые в атласах профили сохраняют свои характеристики по потерям в довольно широком диапазоне углов входа ас и выхода ал Р-3021А, 1% 1 = О.б 0.4 О.б 0.8 1.0 М 1% 11 1О 9 8 7 6 5 0 1.08 .б ыь Рис. 4. Профиль и характеристики низкоперепадной предкамерной турбины !4 По характеристикам выбранного профиля определяют относительный шаг 1 (предварительно задавшись Ь,), который должен находиться в области оптимальных значений.
По Ь находят установочный угол профиля т, обеспечивающий необходимый эффективный угол установки решетки ам = ам, = атсз!и аФ Этот угол при дозвуковых скоростях связан с углом а, отношением з1па„,, = 41ла, /т, причем йпа, =т —, где а — размер горла О межлопаточного канала, гл - опытный коэффициент. Для М, ( 0,4+0,5 значение т=1,08; для скоростей, близких в звуковым, вг= 1. Найденное значение 2 позволяет определись хорду профиля Ь„,=Ь,Ып2; шаг решетки г=ЬЬ„, число лопаток з, = ~Ы, г и относительную высоту лопаток Ь,4, По характеристикам решетки уточняются значения ~ и Для сужающихся сопловых каналов малой высоты, если отношение Ь/Ь, < 1+1,5, целесообразно специально профилировать меридиональное сечение межлопаточного канала (рис. 5). Рис.
5. Меридиональное сечение межлопаточного канала Этим обеспечивается конфузорное течение на спинке лопатки в косом срезе, уменьшающее интенсивность вторичных токов. Оптимальное поджатие 1Ьр- Ь,Изр = 0,3+0,6 при Ь,4,=0,25+0,5. Кроме того, рекомендуется уменыпать хорду лопатки Ь„чтобы обеспечить Ь,/Ь, > 1. Из технологических соображений минимальное значение Ь, > 8+15 мм. !5 1.3. Определение параметров потока в осевом зазоре Параметры потока на входе в рабочее колесо определяются условиями течения в осевом зазоре. Из плана скоростей (рис.
1) имеем: с„= с, в)п а„с,„= с, сов а,; (1.15) в|п а, Д =атсгл сова, -и/с, (1.1 6) (1.17) в1п а, зг, =с, = с,. +(с,„— и) ып б, С учетом характеристик выбранного профиля сопловых лопаток необходимо уточнить Л„и аь Для осевой турбины параметры торможения Т~"=Те~ и р~е=о~ре". Найдем статические параметры потока в осевом зазоре в абсолютном и относительном движении с помощью таблиц ГДФ для действительного процесса. Используем известные зависимости: Л„= (а Л „; к(Л „) = р, (ро; т (Л „) = Т1 Т,'; М, = с,(а,; а, =,~МАТ,; р~ = р, ~КТ1; Л, = и,/ач„, (1.18) ыпа, ' ° ~(Л. ) (1.19) „, -,1гь„, + Л г ®мд/а г (1.20) гдеа г=а з,таккак Тат = Тю.
1.4. Определение параметров рабочей решетки По значениям бь,Од, М ам в атласе 12) выбираем профиль рабочей лопатки. По характеристикам выбранного профиля определяем параметры рабочей решетки и потери в ней. На рис. б показан один из профилей рабочей решетки. Параметры потока на выходе из колеса находятся по следующим зависимостям: 1б Р-3021Ак 1% 1= 0.6 4% .08 6 Ы1 Рис. 6.
Профиль рабочей решетки Для дальнейшего расчета нужно задаться достоверными значениями ожидаемых потерь, которые учитываются коэффициентом кг = И'г у И'г,з и «тг = Р. ! Р.~ . 1Рг, — тКЯТ„, лаз р„,«т,о(Л,)т зш Дг (1.21) По выбранному яг можно найти й — 1( ) (1.22) л(Л., ) л(Л„,) й — 1 1- — Л '„, й «-1 где: л(Л.г„)=Р ггР ги и л(Л.,)=Р., Р,, найтн Иг = Чг1Кгаа Л г ОЛ.... и О(Л.,) Угол ~7г можно определить из формулы 9 08 8 6 5 4 04 06 08 1О М 21 11 1О 9 8 7 б 5 0 17 Высоту рабочей решетки на входе Ь„определяют по высоте сопловой решетки, вводя перекрышу на периферии ЬЬ„и у втулки ЬЬ, 1рис 7), Ьо = Ь, е АЬ„-'- ЛЬ,„ (1.23) В активной ступени перекрыши выполняются минимальными ЛЬ„= 1+2 мм, М,„= 0 —:1 мм, в реактивной ступени перекрыша тем больше, чем больше рг н осевой зазор: ЬЬ„=2+4 мм, ЬЬ, =1+2 мм.
-т У Рис.7. Определение высоты рабочей лопатки Из уравнения неразрывности следует, что Ьзйп = (Р~1Р~(См(СгЭ. Следовательно, Ьп будет тем больше Ьо, чем меньше р, и См по отношению к р~ н См. Угол раскрытия мернднонального сечения ограничивают значением Л ( !5+20~, поскольку большая диффузорность приводит к дополнительным потерям. На практике можно принимать Ь., = Ьн + 10+5 ) мм, когда неизвестно Ьп I Ьп и нет конкретных рекомендаций по проектированию мериднонального сечения рабочего колеса. Короткие рабочие лопатки, как и сопловые, следует выполнять узкими, обеспечивая Ь„у Ь„>1.
Прн этом ширину лопаток Ь„следует выбирать минимальной нз технологических соображений (8+15 мм). Для коротких лопаток применяют бандажи, перекрывающие межлопаточный канал на периферии и предотвращающие перетекание газа с корытца на спинку. Если по условиям прочности и технологии нельзя применить бандаж, то радиальный зазор выполняют минимально возможным. Применение бандажа при длинных лопатках и прн парциальном подводе целесообразно для уменьшения колебаний.
Для малорасходных предкамерных турбин с высоким давлением в проточной части при коротких и широких лопатках меридиональное сечение следует выполнять с зауженным средним участком [4]. Конфузорность на начальном участке может снизить вторичные потери вблизи ограничивающих поверхностей.
1.5. Проверка механических напряжений у корня лопатки и Лопатка турбины испытывает нагрузки, включающие напряжение растяжения от центробежных сил, изгиба от газовых и центробежных сил и вибрационные напряжения. Наиболее часто поломка лопаток происходит изза колебаний их на резонансных режимах. На первом этапе нужно произвести приближенную проверку значения напряжения и сравнить его с допустимым.
Для оценки растягивающих напряжений у корня лопатки воспользуемся выражением 15]: (1.24) 2ри,', Ь, 0,Ф где р - плотность материала лопатки (обычно р = 8000-:8400 кг/м'), Ф- коэффициент формы (для лопаток постоянного по высоте сечения Ф = 1); Ь, = 6 /Е>„, выбирается по Р,„из табл.1. Допустимое напряжение о~,„зависит от Та'", ог = ра*,'рь аь и ресурса (для турбин с лопатками из ЖС6 при Та = 1000 К, од,„= (2,8+3,О)10 Па). Если ор больше сгз, то нужно рассмотреть все конструктивные возможности или уменьшить выбранное отношение Ь„. Расчеты необходимо 19 откорректировать, проведя уточненное определение напряжений после окончательного расчета турбины.
Обосновав значение Ьд и выбрав Ь„, необходимо задаться щ который зависит от относительной высоты лопатки Ь„УЬ„, кривизны профиля фо +фд), скорости потока, угла атаки, формы профиля. Угол лопатки на входе определяется углом,8~ и углом атаки: Д, =16 + ~'. Угол атаки выбирается в зависимости от профиля лопатки. Для дозвуковых скоростей рекомендуют небольшие отрицательные углы атаки 1 = -2'+-6', что соответствует минимальным профильным потерям. Выходной угол,дм выбирается в зависимости от р„. Уменьшение 8д приводит к увеличению и„, так как уменьшается выходная скорость Сь но одновременно с этим уменьшается ширина межлопаточного канала, и для сохранения требуемого проходного сечения необходимо увеличение Ьд, что может привести к дополнительным потерям. Для активных решеток дозвуковых турбин принимают 1))п - /$,) = 2'-:10', для сверхзвуковых турбин ф„=,дд н угол атаки принимают равным 2'-:5'.
В качестве рабочих решеток для реактивной ступени используются профили группы А, которые имеют плавно сужающийся канал. Для решеток малой высоты (Ьп / Ь, < 1,5) рекомендуется использовать решетки группы А„, в которых канал имеет расширяюще-сужающуюся форму. При выборе уг можно ориентироваться на общую зависимость 1г = ,~(М„г), полученную экспериментально для разных решеток [4) .
Учитывая высокий г)„ для предкамерных турбин, в первом приближении для определения Д из формулы (1.21) можно задаться уг= 0,9+0,95. Подставив необходимые величины в формулу (1.21), найдем,бз н вновь уточним р и ))ь Эффективный угол установки определяется по формуле йп )Уьа = з1п ))зд т. ШиРина Рабочей Решетки может быть выбРана в диапазоне Ь, = 15+40 мм (меньшее значение - для коротких лопаток). По характеристикам решетки определяем Ь, и уточняем уг. го 1.6. Параметры потока на выходе из колеса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
