Часть 4. Детальный расчет первой активной ступени

Исходные данные для расчета первой активной ступени (следующая за ступенью скорости или вторая ступень турбины):

Давление на входе в ступень – р₀ = 45,8 бар (4,58 МПа).

Давление на выходе из ступени р₂ = 40,4 бар (4,04 МПа).

Расход пара через ступень – D = 53,3 кг/с.

Энтальпия пара на входе в ступень – h₀ = 3354 кДж/кг (из предварительного расчета, по hs-диаграмме, термодинамическим таблицам или программе WSPro).

Удельный объем пара на входе в ступень – v₀ = 0,07 м3/кг (из предварительного расчета, по hs-диаграмме, термодинамическим таблицам или программе WSPro).

Изоэнтропийный теплоперепад на ступень – DН = 40 кДж/кг (из предварительного расчета).

Скорость пара на входе в ступень – = 137 м/с (из расчета ступени скорости).

Число оборотов – n = 50 с^-1.

1. Располагаемый теплоперепад на ступени от параметров торможения

кДж/кг

2. Фиктивная скорость

м/с

3. Степень реакции ступени принята (по аналогии с расчетом ступени скорости) q=0,05 – для активной ступени.

4. Оптимальное отношение

=0,42…0,55 – для одновенечных ступеней активного типа [Трухний]

В данном примере принято =0,5.

5. Окружная скорость

м/с

6. Средний диаметр ступени

м

7. Располагаемый теплоперепад сопловой решетки

кДж/кг

8. Строят процесс расширения пара в первой нерегулируемой ступени в hs-диаграмме, рис.9, откуда определяют давление за сопловой решеткой – р₁ = 4,08 МПа; удельный объем за сопловой решеткой – v_1t = 0,077 м3/кг (при изотермическом расширении).

Можно использовать термодинамические таблицы или программу WSPro.

Процесс расширения пара строят по аналогии и по тем же принципам, что и для ступени скорости.

9. Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки и число Маха

м/с

,

где скорость звука =637 (определена по WSPro).

10. Выбор профиля для сопловой решетки.

Дозвуковое течение (М<1, п.9, часть 4) обусловливает профиль тип А. С учетом угла выхода потока из ступени скорости ( °, п.49, часть 3) и так как средний диаметр ступени немногим менее d_ср ступени скорости (1,1 м), выбирают профиль С 55 15 А.

Характеристики профиля: =0,8 – относительный шаг; a₁=15 ° – угол выхода потока.

Рис.9. Процесс расширения пара в первой нерегулируемой ступени в hs-диаграмме

11. Коэффициент потерь и степень парциальности.

Для первой нерегулироуемой ступени с учетом п.17, части 3 и рис.6 принято x_с = 0,08; степень парциальности е = 0,8 и учитывает, что влияние регулирующей ступени (с парциальным подводом пара) еще высоко.

12. Потери в соплах

кДж/кг

13. Действительная скорость выхода из сопл

м/с

14. Строят треугольники скоростей (аналогично ступени скорости), рис.10, откуда определяют скорость на выходе из сопл и ее угол

w₁ = 140 м/с; b₁=27 °.

Рис.10. Треугольники скоростей для первой нерегулируемой ступени (второй ступени)

15. Площадь сечения сопловой решетки

м/с

16. Высота сопловой решетки

м

и после округления l₁=18 мм, что больше 12 мм (l ³ 12 технологическое ограничение на изготовление лопаток).

Если расчетное значение l₁<12 мм, то следует:

· оптимизировать профиль путем подбора угла a₁ (следует максимально снизить угол);

· уменьшить d_ср за счет снижения ;

· снизить располагаемый теплоперепад сопловой решетки за счет увеличения реактивности (q).

17. Располагаемый теплоперепад рабочей решетки

кДж/кг

18. Теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки

м/с

19. Действительная скорость пара на выходе из рабочей решетки

м/с

20. Потери в рабочей решетке

кДж/кг

21. Выходная площадь рабочей решетки

м²

22. Высота рабочих лопаток

мм

где величина перекрыши для безударного входа потока принята D»3 мм.

23. Угол выхода из рабочей решетки эффективный

откуда .

24. Строят треугольники скоростей, рис.10, откуда определяют скорость выхода из рабочей решетки и ее угол

с₂ = 82 м/с; a₂ = 110 °.

25. Выбирают профиль рабочей решетки (по атласу)

Для данного примера – Р 23 14 Ак (индекс «к» – для малых высот лопаток).

26. Потери на рабочей решетке на трение и от парциального подвода (аналогично п.51, части 3)

кДж/кг

Здесь относительная потеря на трение

,

В данном случае принято x_парц=0,02.

27. Потери с выходной скоростью

Дж/кг (3,3 кДж/кг)

28. Потери с выходной скоростью и потери на трение и от парциального подвода пара откладываются на hs-диаграмме, рис.9.

29. Результаты расчета первой активной ступени сводят в таблицу, табл.5.

Таблица 5

Сводная таблица результатов расчетов активной ступени

№	Наименование	Размерность	Решетка
сопловая	рабочая
	Расход пара, D	кг/с	53,3
	Начальное давление, p0	МПа	4,58
	Энтальпия пара на входе в ступень, h0	кДж/кг
	Располагаемый теплоперепад ступени, H0	кДж/кг
	Скорость пара на входе в ступень, с0	м/с
	Располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения,	кДж/кг
	Фиктивная скорость, сф	м/с
	Степень ракции, q		0,05
	Отношение скоростей,		0,5
	Окружная скорость, u	м/с
	Средний диаметр, dср	м	0,993
	Располагаемый теплоперепад решетки, h0	кДж/кг		2,45
	Теоретическая скорость выхода, с1t, w2t	м/с
	Число Маха, М		0,48
	Решетка	тип	С5515А	Р2314Ак
	Относительный шаг,		0,8	0,7
	Степень парциальности, е		0,8
	Коэффициент потерь, x	От.ед.	0,08
	Потеря энергии в решетке, Dh	кДж/кг		0,2
	Действительная скорость выхода, с1, w2	м/с
	Угол входа, a0=a’2, b1	°
	Угол выхода, a1, a2	°
	Скорость выхода, w1, с2	м/с
	Коэффициент расхода, m		0,99	0,99
	Выходная площадь, F	м2	0,014	0,027
	Высота лопатки, l	мм
	Относительные потери от парциальности, xпарц	От.ед.	0,02
	Относительные потери на трение, xтр	От.ед.	0,0044
	Потеря с выходной скоростью, Dhв.с	кДж/кг	3,3