Диссертация (781919), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Построение таких зависимостей для указанных конструктивных элементов основано на анализе и обработке статистическими методами конструктивных характеристик турбин,приведенных в таблице 5.8. В результате была разработана группа функциональных зависимостей c (5.41) по (5.44), позволяющих определять массу диафрагм цилиндров высокого и среднего давления, а также оценивать массу обойм диафрагм.ЦВДдиафрЦСДдиафрЦВДоб.диафрЦСДоб.диафрЦВДдиафрЦСДдиафр2∙ЦВДст ,2,25 ∙ЦВДоб.диафрЦСДст ,1,2 ∙ЦСДоб.диафр(5.41)1,2 ∙ЦВДст ,ЦСДст ,(5.42)(5.43)(5.44)где MЦВДдиафр0, MЦСДдиафр0, MЦВДоб.диафр0, MЦСДоб.диафр0 – масса диафрагм и обойм диафрагм турбины-прототипа К-800-23,5, принятой в качестве базы, т;nЦВДст, nЦСДст – количество ступеней цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины перспективного энергетического комплекса.Еще одним металлоемким элементом турбины, зависящим от начальных параметров и расхода пара, является ротор.
Разработанная модель оценки массы ротора учитывает изменение егодлины, обусловленное изменением количества ступеней при варьировании начальных параметров и, соответственно, располагаемого теплоперепада. В качестве базы для построения модели,как и в случае с диафрагмами и обоймами диафрагм, были выбраны геометрические характеристики ротора турбины К-800-23,5.На основе статистической обработки данных, представленных в таблице 5.8, разработанафункциональная зависимость (5.45) массы ротора ЦВД MЦВДрот от количества ступеней nЦВДст,которое в свою очередь определяется располагаемым теплоперепадом.290ЦВДротρст ∙ 10∙ЦВДротЦВДст0,5 ∙∙ЦВДротπ∙4∙ 1,2,(5.45)где dЦВДрот – диаметр ротора высокого давления, м;lЦВДрот – длина ротора высокого давления базовой турбоустановки, м.Аналогично для ротора среднего давления MЦСДрот получено выражение (5.46).ЦСДротρст ∙ 10∙ЦСДротЦСДст0,55 ∙∙π∙ЦСДрот4∙ 1,2,(5.46)где dЦCДрот – диаметр ротора среднего давления, м;lЦCДрот – длина ротора среднего давления базовой турбоустановки, м.Наиболее сложной и трудоемкой задачей является построение моделей, обеспечивающихоценку расхода металла на изготовление лопаточных аппаратов высокотемпературных цилиндров высокого и среднего давления.И сопловые и рабочие лопатки цилиндров высокого давления обладают постоянным по высоте профилем, поэтому объем одной лопатки Vл может быть определен посредством перемножения ее длины lл на площадь сечения sл, а масса Mл – получена путем умножения получившегося объема на плотность материала, из которого изготовлена лопатка ρст (формула (5.47)).лρст ∙л∙ л,(5.47)Зная массу одной лопатки Mл и количество лопаток в ступени nл, можно определить массувсего лопаточного аппарата ступени Mла по формуле (5.48).лаρл ∙л∙л∙л,(5.48)где i – номер ступени турбины.Для создания модели оценки металлоемкости лопаточного аппарата необходимо установить зависимости длины лопаток и площади поперечного сечения от варьируемых параметров.Соотношение, определяющее изменение длины сопловых лопаток lл.сопл по ступеням, можетбыть представлено в виде (5.49).л.соплл.соплα ∙ ,(5.49)где b– расстояние между сопловой решеткой i-й ступени и сопловой решеткой ступени i + 1,мм.291Аналогичным образом может быть записано уравнение для определения длины рабочихлопаток lл.раб (5.50).л.рабα ∙ ,л.раб(5.50)где q – расстояние между рабочей решеткой i-й ступени и рабочей решеткой ступени i + 1, мм.Анализ конструктивных характеристик существующих турбин свидетельствует о том, чтоугол раскрытия проточной части цилиндров высокого и среднего давления турбин сверхкритических параметров практически не меняется по всей длине агрегата и составляет порядка 3,5°.Отмеченная особенность проточной части позволяет осуществить расчет длины лопаток, используя длину лопатки первой ступени, путем ее увеличения на величину удлинения, котораяможет быть определена на основе анализ существующих конструкций.
Длина лопатки первойступени может быть рассчитана из условия обеспечения необходимой пропускной способностис использованием уравнения расхода пара G по формуле (5.51).∙,ϑ∙ρ∙(5.51)где F – площадь проходного сечения, м2;С – скорость пара, м/с;ϑ – удельный объем пара, м3/кг;ρ – плотность пара, кг /м3.Проходное сечение F может быть определено как площадь кольца, образованного лопатками с корневым диаметром dк = 2·rк и периферийным диаметром dп = 2·rп, по формуле (5.52).π∙пк.(5.52)С учетом того, что длина лопатки представляет собой разницу периферийного rп и корневого rк радиусов, выражение для определения высоты лопатки первой ступени можно записано ввиде (5.53).л∙ϑ∙πкк.(5.53)Для построения зависимости прироста высоты лопатки с увеличением номера ступени использованы результаты обработки данных существующих конструкций турбин сверхкритиче-292ским параметров, в результате чего установлена взаимосвязь расстояния между первой ступенью и i-й ступенью с номером ступени (формула (5.54)).0,2308 ∙0,1849.(5.54)Функциональная зависимость изменения длины как рабочей, так и сопловой лопатки в зависимости от расхода G и удельного объема пара ϑ, являющегося функцией давления и температуры свежего пара, может быть представлена в виде выражения (5.55).∙ϑ∙πлкк0,0141 ∙(5.55)0,0113.Изменение формы профиля ступеней высокого давления не оказывает существенного влияния на массу лопаточного аппарата Mла, поэтому при оценке площади поперечного сечения лопатки sл могут быть использованы справочные характеристики по существующим профилям,скорректированные на изменение хорды профиля (таблица 5.9 [111]).Таблица 5.9 – Геометрические характеристики профилей сопловых и рабочих лопатокТиппрофиля1э, 2эград.0расч,1расчС-90-12АС-90-15АС-90-18АС-90-22АС-90-27АС-90-12БС-90-15БС-90-12РС-90-15Р10-1413-1716-2020-2424-3010-1413-1710-1413-1770-12070-12070-12070-12070-12070-12070-12070-12070-120Р-23-14АР-26-17АР-30-21АР-35-25АР-46-29АР-27-17БР-30-21БР-35-25БР-21-18РР-25-22Р12-1615-1919-2422-2825-3215-1919-2422-2816-2020-2420-3023-3525-4030-5044-6023-4523-4030-5019-2423-27(М1t)опт,b1, b2,мм(М2t)оптСопловые решетки0,72-0,87 до 0,8552,50,70-0,85 до 0,8551,50,70-0,80 до 0,8547,10,70-0,80 до 0,9045,00,65-0,75 до 0,9045,00,72-0,87 0,85-1,1556,60,70-0,85 0,85-1,1552,00,58-0,681,4-1,840,90,55-0,651,4-1,742,0Рабочие решетки0,60-0,75 до 0,9525,90,60-0,70 до 0,9525,70,58-0,68 до 0,9025,60,55-0,65 до 0,8525,40,45-0,58 до 0,8525,60,57-0,65 0,80-1,1525,40,55-0,65 0,85-1,1020,10,55-0,65 0,85-1,1025,20,60-0,701,3-1,620,00,54-0,67 1,35-1,620,0̅tоптF, см2Iмин, см4Wмин, см34,093,32,722,352,033,313,212,302,000,5910,360,2430.1670,1160,3880,3260,2370,1530,5750,450,3330,2650,1950,4200,4130,3240,2382,442,071,851,621,222,061,111,511,160,990,430,2150,2050,1310,0710,2960,0730,1260,1180,0840,390,2250,2340,1680,1120,2970,1010,1590,1420,100293На основе анализа справочных данных разработана модель изменения площади поперечного сечения сопловых sл.сопл (формула (5.56)) и рабочих лопаток sл.раб (формула (5.57)) в зависимости от расхода пара G.∙4 ∙ 10л.сопл∙4 ∙ 10л.раб0,0001,(5.56)0,0005.(5.57)Количество сопловых и рабочих лопаток в i-й ступени может быть определено исходя изсреднего диаметра ступеней dср и величины шага t.
Практика проектирования турбомашин показывает, что максимальная эффективность ступеней ЦВД и ЦСД обеспечивается при значениях относительного шага ̅t = t/b 0,7-0,85. Таким образом, количество лопаток в ступени nл можетбыть определено по формуле (5.58).π∙лπ∙срлк(5.58),где корневой диаметр dк = 0,9 м.Обработка данных, полученных путем вариантных расчетов длин лопаток при различныхпараметрах свежего пара, позволила получить выражения для определения количества сопловых (5.59) и рабочих (5.60) лопаток в i-й ступени ЦВД и ЦСД.л.соплл.раб,48,933 ∙72,19 ∙,∙∙(5.59),(5.60),где nл.соплi – количество сопловых лопаток i-ой ступени, шт.;nл.рабi – количество рабочих лопаток i-ой ступени, шт.С использованием полученных зависимостей разработаны выражения для проведения оценок массы сопловых и рабочих лопаток цилиндров высокого и среднего давлений.Масса соплового аппарата ступени ЦВД MЦВДла.сопл может быть определена по формуле(5.61), масса лопаток рабочей решетки ступени ЦВД MЦВДла.раб – по формуле (5.62).ЦВДла.сопл∙ϑ∙πρст ∙,∙2к.к0,0141 ∙0,0113 ∙ 4 ∙ 10∙0,0001 ∙ 48,933(5.61)294ЦВДла.раб∙ϑ∙πρст ∙2к,0,0141 ∙к0,0113 ∙ 4 ∙ 10∙0,0005 ∙ 72,19(5.62).Аналогичные модели оценки массы лопаточного аппарата ступеней были построены дляЦСД (5.63) и (5.64).ЦСДла.сопл∙ϑ∙πρст ∙2к1,0578 ∙ЦСДла.раб∙ϑ∙πρст ∙к,0,0061 ∙∙ 4 ∙ 10∙0,0001∙ 4 ∙ 10∙0,0001(5.63)45,961 .2к0,8373 ∙0,0061 ∙к,(5.64)74,422 .Используя разработанные зависимости для определения массы отдельных элементов цилиндров высокого и среднего давления, общую массу ЦВД и ЦСД можно определить по формулам (5.65) и (5.66) соответственно.ЦВДΣЦВДла.соплΣЦВДла.рабЦВДоб.диафр ,ЦСДΣЦСДла.соплΣЦСДла.рабЦВДкорп.внутр.общЦСДкорп.внешЦВДкорп.внешЦСДрот2∙ЦВДротЦСДП2∙ЦСДдиафрЦВДПЦВДдиафрЦСДоб.диафр .(5.65)(5.66)Для оценки затрат на создание паровых турбин необходимо определить как точную марочную структуру металла по отдельным элементам, так и количество металла, которое расходуется на изготовление соответствующих деталей.В зависимости от сложности конструкции детали и ее предназначения при создании паротурбинных установок применяются различные способы металлообработки, которые имеют различные коэффициенты полезного использования металла.
КПИМ, соответствующие способамметаллообработки деталей паровой турбины, представлены в таблице 5.10 [314].Оценка расхода металла на изготовление турбины («грязного» веса металла) MзагТ можетбыть получена путем деления конечной массы узлов Mузелk паровой турбины на соответствующий КПИМ (формула 5.67).295Таблица 5.10 – Коэффициенты полезного использования металла при изготовлении деталей иузлов паровой турбиныУзелРабочие лопаткиСопловые лопаткиЦельнокованный роторЦельнокованный роторСварной корпусЛитой корпусДиафрагмыЦилиндрЦВД, ЦСД, ЦНДЦВД, ЦСД, ЦНДЦВДЦСДЦНДЦВД, ЦСДЦВД, ЦСДзагТТип обработкиШтамповка, фрезерованиеШтамповка, фрезерованиеЛитье, точениеЛитье, точениеСваркаЛитье, фрезерованиеЛитье, фрезерованиеузелКПИМузел.КПИМ0,2560,4050,70,820,690,71(5.67)Полученные оценки расхода металла на изготовление деталей паровой турбины были положены в основу расчета трудоемкости изготовления и затрат, связанных с оплатой труда производственного персонала.
В ходе моделирования было принято допущение о равенстве удельных затрат времени на изготовление конструктивно-подобных деталей различной массы и размеров. Использование постоянных удельных величин означает линейный характер зависимостимежду изменением массы и ростом затрат времени на изготовление детали. Данный подходправомерен, поскольку изменение массы всегда влечет за собой увеличение размеров конечнойдетали, что прямо пропорционально увеличивает время и количество проходов режущего инструмента при токарной и фрезерной обработке, сварке и увеличивает время на получение литых заготовок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
