Васильев Ю.А., Лоскутникова Г.Т., Андреев Е.А. - Расчёт и проектирование газовой турбины (1041740), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В автономных турбинах обычно применяют газ с избытком горючего 11) со следующими характеристиками. Практически допустимая температура Т, = 1000+1200 К; показатель адиабаты х = 1,2+1,4; работоспособность газа ЯТ, = (30-:50) 10 Дж/кг, степень пони- 32 т1, И т' с» И ~тю 0 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 18 24 30 36 42 48 54 0тт 6 12 18 24 30 36 42 48 0тт 0.2 А = 0.01 '1т' с„с„" 6 12 0,45 0.35 025 Ь = 0.02 0,15 6 12 18 24 30 36 42 Пят Рис. 10. Зависимости г/г =~(п~) для различных (У/С,а) жения давления на турбине о = 15-:40, начальное давление р, = 0,6+1 МПа.
Расчет автономной турбины начинается с определения потребного массового расхода Рл г, при котором Хг равно мощности, потребляемой насосами. В первом приближении расход газа определяется с помощью графических зависимостей и, =((лзт1 для различных (У/С,а1, с учетом относительного значения зазора д =,5/В, (рис. 10). Р 33 Задавшись зазором Ь = 1с 3 мм (для колес без бандажа это радиальный, а для колес с бандажом - минимальный осевой или радиальный зазор), определяют л. Затем по соответствующему графику при нескольких значениях расхода по формуле (1.1) вычисляют значение л~ которое должно находиться в диапазоне 10+40, что характеризует область работы автономных турбин. Потом вычисляют величину пг.
Расход рабочего тела, прн котором мощность турбины совпадает с заданной, является расчетным. Далее рассчитываются параметры потока в осевом зазоре. Угол а~ на выходе из сопла выбирается равным 15с 20', д = 0,93+0,94 (меньшее значение - для сопел с Ь, <10 мм). По формулам раздела 1 определяются сь а „, А,ь оь рм, Ть рь аь Мь Игь Т„~, а, ь Л„ь М„ь р„~, д(Я„п'. После этого определяются размеры соплового аппарата. При полном подводе газа к рабочей решетке (к = 1) высота сопловой решетки находится по формуле (1.9) или (1.1О). Если турбина парциальная, то нужно определить значением В автономных высокоперепадных турбинах в большинстве случаев применяются конические осеснмметрнчные сопла с косым срезом (рис.
11). Основной их характеристикой, обеспечивающей работу на расчетном режиме при минимуме волновых потерь, является отношением= ь ~р Выходное сечение сопла - эллипс, соотношение длин осей которого (длинная а„короткая Ь, = Ы,) определяется углом аь Иногда сопла устанавливаются с перекрытием, чтобы улучшить заполнение рабочих лопаток газом. 15.. Рис. 11.
Конические осесимметричные сопла с косым срезом 34 Для определения степени парциальности д числа сопел У, и шага 0 можно воспользоваться рекомендациями табл. 1 и принять высоту сопла на выходе Ь, =4=6,,„. Затем подсчитывается площадь единичного сопла на выходе (как площадь эллипса): л й,',„ л=— 4 41п а, (2.2) Число сопел определяется по выражению: г, =Е,,Г/,, (23) т, Р,Т, г, = с, р, 41ла, где Г, — суммарная площадь сопел. Число сопел округляется до целого в меньшую сторону и снова определяется у, = Г, у г, . и; 4 =г,У,;;,7;, - ° х р....
„, том коэффициента перекрытияАГ, =1, 'а,. При отношении площади сопел без перекрытия к площади с перекрытием, равном Р ~Т,„= 1,1+1,15, Лг, принимается равным 0,9ь0,88 соответственно, т.е, шаг сопловой решетки для получения оптимальной степени перекрытия должен быть уменьшен. Если вместо перекрытия сопла будут разделены перемычками, то при ф„' =Р, /Е,„= 0,93+0,94, Лг, = 1,03+1,04. Шаг сопловой решетки 0 определится по формуле: ,=г ~,,7,7 (2.4) Затем по фоомуле (2.1) можно подсчитать степень парциальности к Введение парциальнооти увеличивает высоту лопаток, что приводит к уменьшению вторичных потерь в решетке, а также потерь на утечку и трение диска.
Но в то же время появляются потери, связанные с наличием парциальности. Поэтому существует оптимальное значение к,„, при котором оптимально и ЫС,м а г1г достигает максимУма. ЭтУ величинУ полезно знать пРи 35 расчете турбины, хотя, как правило, рабочее значение (1/С,д меньше оптимального. Выбор е,„приводится в работе (4] .
Представленные на рис.!0 значения Щ~С,з), пг (при а ) и О (при л,„„и (ТУСы ),„) можно использовать при расчете активных турбин с бандажом с параметрами: а~ — — (15+20)', М„, ~1,5, )1ем5 1О, 4~0,93+0,95, 6=0,03+0,05, (з, =0,4+0,6, Г = 0,55+ 0,65 ЬЪ=11+13. При увеличении пзг возрастают г)г, е,„,„, ((УС,з),, что показано на рис.
12, при Ь = 0,04 и 4 = О. Начиная с пгг =50-:60, оптимальная степень парциальности становится равной единице. Следует отметить, что при малых (,УС,д влияние пег на Пг,„менее существенно, поскольку главную роль играют потери с выходной скоростью и профильные потери при больших углах пово- рота потока. При проектировании турбины приведенные методики позволяют без подробных расчетов оценить КПД, задавшись шириной лопатки 6 и зазором Л, выбираемым по условиям технологии и работоспособности конструкции. 0.8 0.6 0.4 0.2 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 П52 Рис. 12, Выбор оптимальной степени парцнальности Цель последующих расчетов - определить те размеры элементов проточной части, которые используются при разработке конструкции, вычислить параметры потока в характерных сечениях, оценить потери, найти КПД и расход газа, необходимый для получения заданной мощности на расчетном режиме.
Определение размеров рабочего колеса начинают с выбора профиля решетки из атласа [2]. Профили решеток колес активных турбин обозначены буквой Р. Для выбора профиля нужно знать значения углов )уь,У~ и число М зы = М„~ Скоростным коэффициентом можно задаться: у~= 0,88+0,8б, а в дальнейшем его нужно уточнить по параметрам выбранного профиля.
Профиль геометрически подобно изменяют применительно к параметрам турбины. По графическим характеристикам профиля определяют геометрические параметры решетки. Все параметры находят по зависимостям, приведенным в разделе 1. Далее определяют работу, мощность и КПД турбины. Окружной КПД определяется по формуле Банки [1.7). Коэффициенты потерь на утечку в радиальном зазоре рассчитываются по формулам [1.28) и [1.29).
Потери, связанные с парциальностью «, [5], учитывают суммой коэффициентов потерь от вентиляции «, и потерь на концах дуги подвода «,р [к ним относятся потери на выколачивание, на утечки через осевой зазор, на подсос и др.). Их значения можно определить по зависимостям (2.5) [2.6) 0.17А Ь, -';0.035 Ь, Ь„и г где с= 0,07+0,08; отношение Ь ~ Ь, [см, табл.1), Эффективный КПД парциальной турбины определяется как разность з)„и коэффициентов остальных потерь; (2.7) Чт = ׄ— «т — «.ра — («. «-«р).
Если полученная в результате расчета мощность будет отличаться от заданной более чем на 5 %, расчет следует повторить, изменив расход газа через турбину. 37 4. Пример расчета осевой автономной одноступенчатой турбины. Таблица 3 Величина начение Примечание значе- азмер ность ние 1. Исхо ные ан 138 ощность турбины 1700 рад!с То же тата вращения Задано из расчета 26,75 олное давление на входе ТНА 17,25 Задано из расчета веление на выходе ТНА 700 То же олная температура на ходе Дгк1кгК 250 То же азовая постоянная 1,2 То же оказатель алиабаты 2 Рассчитываемые и выби аемые величины 350 Задаемся мгг кружная скорость 0,175 13,р 17,4 98 !О Дяг/кг 8 д набатная работа набатная скорость м!г 0,25 и/с„ 0,0015 мся 0,0086 осительный минималь- А/2ум ый зазоР а) Определение потребного расхода газа редннй диаметр тношение давлений ношение скоростей инимальный зазор Задана из расчета насосов урбина с банда- ом. Зазором зада- отребный расход газа кг/с 0,345 14,3 ости дечьная работа гДзкл'кг 400 оэффициент работы 3,26 6) Ларачетры потока выходе в зазоре на из сопловог о аппарапза град 17 аз 0,94 1316 м!с корость на выходе с, 731 м1с 1,8 0,64 р 2,78 леда олное давление К 573,8 татическая температура кгзм 9,2 отпасть газа р! 566 мзс корость внука а, Мг 2,325 испо Маха 987 м/е тносительная скорость 896 660 мц се 1 1,5 риаеденнвя скорость 1,56 испо Маха 1,17 одное данлеиие в) Определение размеров сопчового аппарата состолизего из коническик осесииметричных сопел 0,0105 По табл 1 инимальная высота сопла оэффициент быстроход- гол потока коростной коэффициент ритнческая скорость звука 1ринеденная скорость оэффициент полного даа- ения емпература торможения ригическая скорость звука Определяется по рис 9 Задаемся Задаемся 39 0,000296 Задаемся 0,000976 З,З испо сопел 0,000326 0,011 0,0333 0,037 0,18 0,000084 0,006 ла г) Олределе лис паране тров рещ еглки колес 0,0122 По табл 1 0,0122 7гг град 23,08 есо Задаемся 0,88 868 и!с 1,32 0,678 0,83 град 18,9 См 72! гг 0,68 рад См П! 88 0,010 орда лопатки аг решетки 0,0068 ощадь единичного сопла а выходе ощадь сопел на выходе ощадь сопла при г, =3 ысота сопел при г, =3 аг сопловой решетки ольшая ось эллипса телень парциальности уммарное минимальное ечсние сопел инимальный диаметр со- ысота лопатки на входе ысота лопатки на выходе гол потока на входе в ко- коростной коэффициент корость потока на выходе риведенная скорость оэффициент полного дав- ения риведенный расход гол потока на выходе рафиль решетки Р-2118В носительный шаг гол установки профиля Округляем до г,=3 1,2 0,14 0,92 д) паране иа выход тры потока е из колеса 694 549 м!с сз грод 30,8 ат 714 К м1с 1,07 8,77 турбины ь иКПД е) Работ а мощност 0,26 и!с, 0,623 606 0,051 0,013 знк 0,332 кс! с 0,006 0,037 0,06 рь 0,47 160 кВт оличество лопаток тносительная высота ло- атки оэффициеит потерь коростной коэффициент татическая температура бсолютная скорость гол потока на выходе емпература торможения ритическая скорость звуг а риведеннвя скорость веление торможения ошение скоростей кружной КПД кружная работа оэффициент потерь в ра- иальном зазоре всход утечек асхад через колесо оэффнциснт потерь на ение диска с учетом бан- оэффицнент потерь на ентиляцию оэффициент краевых по- ффективный КПД ффектнвная мощность Турбина с банда- жом с =007 Задаемся с = 0,08 Зацаемся Л = 0,003 41 На рис 13 показана нз диаграмма рабочего процесса в активной ступени турбины, на которой следует отложить потери с выходной скоростью и показать значение Лс Рис.
13. ьк диаграмма рабочего процесса в активной ступени турбины 42 5. Особенности расчета двухступенчатой автономной осевой турбины со ступенями скорости В некоторых случаях на практике при мапых значениях У, что необходимо для уменьшения радиальных размеров агрегата, и при больших См (т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
