Термодинамический и конструктивный расчет газотурбинной установки

     Тепловой  перепад в рабочем колесе 

     Степень реактивности на среднем диаметре ступени (по среднему диаметру рабочего класса): 

     Из  диаграммы состояния (рис. 3) находим  параметры газа в зазоре между  направляющим аппаратом и рабочим  колесом последней ступени (ступень  турбины низкого давления— ТНД).

     Для этого используем условие—теплоперепад в зазоре между рабочим колесом и направляющим аппаратом последней ступени 

     Величины P₁, Т₁, v₁ соответствующие перепаду теплоты Н = 335 кДж/кг, определяем графически: Р₁=0,19 МПа; Т₁=783°К; v₁=1,62 кг/м³.

     Найденному  удельному объему соответствует  площадь кольца, занятого направляющими  лопатками (v₂—удельный объем газа за последней ступенью —табл. 3).

     

     

     По  величине  площади S₁ вычисляется внешний диаметр направляющего аппарата ( – диаметр диска -барабана) 

     Средний диаметр направляющего аппарата последней ступени: 

     Высота  лопатки направляющего аппарата последней ступени: 

     Для полученного среднего диаметра направляющего  аппарата уточним расчет среднего сечения  ступени.

     Окружная  скорость на среднем диаметре направляющего  аппарата:  

     Окружная  составляющая скорости потока на среднем  диаметре (закон закрутки C_lu d — const):  

     Скорость  истечения из направляющего аппарата: 

     Угол  выхода потока из направляющего аппарата:  

     Полный  тепловой перепад в направляющем аппарате (коэффициент потерь (ξ₁=1-φ²=0) 

     Тепловой  перепад в рабочем колесе:

     

     

     Степень реактивности на среднем диаметре: 

     Относительная скорость газа на входе 

     Относительная скорость на выходе из рабочего колеса: 

     Угол  входа газа в рабочее колесо: 

     Угол  выхода потока из рабочего колеса: 
 

     Скорость  адиабатического истечения из ступени  в целом: 

     Характеристическое  число: 

     

24. Расчет  внешнего сечения ступени выполняется  аналогично расчету среднего сечения.

     Внешний диаметр направляющего аппарата = 1649 мм. Внешний диаметр рабочего колеса =1544 мм. 
 

     

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     Таблица 4

     Характеристика  последней ступени  турбины в трех различных сечениях

 
     

25. На основании  полученных данных (табл. 4) строится график изменения параметров по высоте лопатки (рис. 4) и треугольники скоростей (рис.5).

     Параметры наносятся в функции от радиуса  или диаметра, для которого выполнен расчет.

26. Как было отмечено выше, в расчетах в объеме принимают проточную часть турбины выполненной из однотипных лопаток, поэтому результатами расчета последней ступени можно воспользоваться для определения размеров других ступеней.
27. Расчеты всех первых ступеней (кроме последней ступени) могут быть осуществлены по методике, принятой при расчете последней ступени.

     

     В соответствии с принятыми предпосылками, характеристики промежуточных ступеней принимаются по закону линейного  интерполирования по граничным опорным  точкам, то есть по характеристикам  первой и последней ступени при  условии d'=const=1861 мм.

28. Первая ступень характеризуется следующим параметрами рабочего тела за рабочим колесом (определяем по диаграмме рис. 3.) Для полного перепада теплоты этой ступени Н= 410 кДж/кг, Р₂ = 0,019 МПа, v₂ = = 0,62 м3/кг, Т₂=730°К. Ометаемая лопатками площадь первой ступени:

 

     Индексом  z здесь обозначены параметры рабочего колеса последней ступени турбины.

     Внешний диаметр рабочего колеса первой ступени: 

     Средний диаметр рабочего колеса первой ступени: 

     Высота  рабочей лопатки первой ступени: 

     По  диаграмме параметров ступени (рис. 4) для среднего диаметра d_cp=1365 мм находим:

     Ρ_Т=0,03                                     

                               

                   

     Получив значение степени реактивности, вычислим перепад теплоты в рабочем  колесе первой ступени

     

     

     На  диаграмме состояния (рис. 3) от перпендикуляра, соответствующего параметрам газа за первой ступенью, отложим влево тепловой перепад h₂=12,3 кДж/кг и восстановим перпендикуляр, который при пересечении с линиями на диаграмме состояния укажет параметры газа в осевом зазоре между рабочим колесом и направляющим аппаратом первой ступени:

     Р₁ = 0,323 МПа; v₁ = 0,61м³/кг; T₁ = 1117°К.

     Площадь кольца, образованная направляющим аппаратом  первой ступени: 

     Индексом  z обозначены параметры последнего рабочего колеса,

     Внешний диаметр направляющего аппарата: 

     Средний диаметр направляющего аппарата 

     Высота  лопатки направляющего аппарата  

     Условная  скорость 

     Окружная  скорость на среднем диаметре рабочего колеса первой ступени d=1,893 м 

     Отношение 

     

29. Размеры и параметры второй ступени определяются в такой последовательности:

     

     длина рабочей лопатки второй ступени: 

     внешний диаметр рабочего колеса: 

     средний диаметр рабочего колеса: 

     условная  скорость: 

     окружная  скорость  на среднем диаметре рабочего колеса — d= 1,924м 

     отношение 

     Аналогичные вычисления производятся для получения  размеров направляющих аппаратов второй ступени:

     Высота  направляющей лопатки второй ступени: 

     Внешний диаметр направляющего аппарата: 

     Средний диаметр направляющего аппарата: 

     По  значению среднего диаметра второй ступени (1924 мм) из диаграммы рис.4 определяются величины:

     ρ_Т=0,047                                   

                               

                   

     

     Получив значение степени реактивности, вычислим перепад в рабочем колесе второй ступени: 

     Тепловые  перепады в рабочем колесе и в  направляющем аппарате второй ступени  откладываются на диаграмме параметров состояния (рис.3), после чего определяются параметры рабочего тела за второй ступенью: Р₂=0,297 МПа, v₂=0,49м³/кг, Т₂=1023^оК

     и параметры в зазоре между направляющим аппаратом и рабочим колесом  второй ступени;

     Р₁=0,313МПа , v₁=1,37м³/кг, Т₁=1057^оК . Результаты расчета всех ступеней сведены в табл. 5

     Для удобства сопоставления характеристик  ступеней скорости и углы определены в этом случае в функции среднего диаметра рабочего колеса каждой ступени , для третьей и четвертой ступени (ранее эти данные не определялись) вычислим по рис. 4

     3 – ая:

     4 – ая:  

     

 Таблица 5

 Характеристики  ступеней турбины (итоговые результаты)