Томск 2013
Индивидуальное домашнее задание
Проектирование ступени турбины
Вариант №
Исполнитель Иванов И.И.
студент гр. 5АМ12
Руководитель Галашов Н.Н.
Томск 2013
По заданным исходным данным определить давления на выходе ступени Р2 и сопловой решетки Р1 , теплоперепады, геометрические и скоростные характеристики сопловой и рабочей решёток ступени, потери в решётках и КПД на лопатках, дополнительные потери и внутренний относительный КПД, мощность ступени. Построить в масштабе совмещённые треугольники скоростей.
Исходные данные:
1. Расход пара G, кг/с.
2. Давление на входе P0, МПа.
3. Температура на входе t0, 0C или степень сухости х0.
4. Скорость пара на входе С0, м/с.
5. Средний диаметр ступени dср, м.
6. Частота вращения ротора f, с-1.
7. Степень реактивности ступени 
.
8. Угол на выходе из сопловой решётки 
, град.
Процесс расширения пара в ступени в h,s – диаграмме
По заданным значениям давления P0 и температуре t0 (х0) при помощи таблиц [1] или по программе на ЭВМ определяем:
Определяем энтальпию торможения
, кДж/кг.
По полученным значениям 
и 
с помощью таблиц или ЭВМ определяем:
м3/кг;
, 0С.
Находим окружную скорость на среднем диаметре ступени
.
Принимаем скоростной коэффициент сопловой решетки 
=0,97.
Определяем отношение 
из условия получения максимального КПД
,
откуда по U и 
находим 
.
Определяем располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения
, кДж/кг.
Энтальпия за ступенью в теоретическом процессе
, кДж/кг.
По полученным значениям 
и 
по таблицам или ЭВМ определяем:
.
Располагаемый теплоперепад сопловой решетки
, кДж/кг.
Располагаемый теплоперепад рабочей решетки
, кДж/кг.
Теоретическая скорость на выходе из сопловой решётки
, м/с.
Энтальпия за сопловой решеткой в теоретическом процессе:
.
По полученным значениям 
и по таблицам или ЭВМ определяем:
.
Определяем отношения 
и сравниваем с eкр (eкр = 0,546 для перегретого пара; eкр = 0,577 для влажного пара). Если e1 < eкр, то режим сверхкритический.
Если режим истечения сверхкритический, то определяем 
, МПа; 
, м/с; угол выхода из сопел с учетом отклонения в косом срезе a1 + d = arcsin 
.
Принимаем m1 = 0,98.
Определяем высоту сопловой лопатки:
, где е = 1 – степень парциальности ступени.
Принимаем хорду профиля b1 = 0,04–0,12 м, и по отношению b1/l1 определяем по графику (рис.1) m1 и уточняем 
.
Рис.1. Коэффициент расхода для перегретого пара m и поправка на влажность
Рис.2. Коэффициенты скорости для сопловых и рабочих решеток
Находим по графику (рис.2) коэффициент скорости сопловой решётки .
Определяем действительную скорость на выходе из сопловой решетки
.
Находим потери в сопловой решётке
.
Определим относительные потери в сопловой решетке:
.
Определим угол на входе в рабочую решётку
Рассчитаем действительную относительную скорость пара на входе в рабочую решётку
.
Энтальпия в действительной точке за сопловой решеткой
.
По найденным P1 и h1 находим:
, кДж/(кг×К);
.
Энтальпия торможения перед рабочей решеткой
, кДж/кг.
По полученным значениям 
и 
определяем:
.
По P2 и S1 по таблицам или на ЭВМ находим:
, кДж/кг.
.
.
Располагаемый теплоперепад рабочей решетки:
, кДж/кг.
Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решётки:
.
Определим высоту рабочей решетки на выходе с учетом перекрыш
l2 = l1 + (0.004–0.01), м.
Принимаем хорду профиля рабочей решётки b2 = 0,03–0,07 м, и по отношению b2/l2 определяем по графику (рис.1) m2 и уточняем l2.
Находим угол на выходе из рабочей решётки:
, откуда 
.
Находим Db = 180 – b1 – b2.
Определим из графика (рис.2) коэффициент скорости рабочей решётки 
.
Действительная относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки:
.
Потери энергии в рабочей решётке
.
Действительная абсолютная скорость на выходе из рабочей решётки
Определяем угол 
:
Потери энергии с выходной скоростью
.
Относительный КПД на лопатках через потери
.
Относительный КПД на лопатках через скорости
.
Погрешность расчета КПД
,%.
Если 
>2% значит, при расчете потерь или скоростей есть ошибка.
Внутренний относительный КПД:
где 
, 
, 
= 0,625×10-3;
,
где
– утечки через диафрагменное и надбандажное уплотнения,
,
где 
в Па, 
и 
– коэффициент расхода уплотнения определяем по графику (рис.3), если уплотнение лабиринтового типа = 1; 
– площадь зазора диафрагменного уплотнения, 
= 0,5–0,6 м – диаметр уплотнения; D = 2–3 мм – толщина гребня; 
= 0,5 мм – ширина зазора уплотнения; Z1 = 3–6 число гребней в диафрагменном уплотнении; e1 = Р1/ 
,
– площадь зазора надбандажного уплотнения; Z2 = 2–3 число гребней в надбандажном уплотнении; e2 = Р2/ 
.
Рис.3. Коэффициент расхода уплотнений mу и коэффициент kу
,
где хср = (х0 + х2)/2 – средняя степень сухости в ступени; х0 и х2 – степень сухости на входе и выходе ступени, где х0 из задания, х2 = х2t’.
Внутренний теплоперепад ступени
.
Внутренняя мощность ступени
.
Рис. 5. Совмещённые треугольники скоростей
Масштаб: 1см – 25м/с
Вывод: В ходе проделанной работы спроектирована ступень турбины. Определены геометрические размеры, КПД и мощность ступени.
1. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: Издательство МЭИ. 2003. – 168 с.