Выбор температуры газа перед турбиной

Как уже отмечалось, чем выше температура газа Тс перед тур­биной, тем больше кпд ГТУ. Однако максимальная температура газа ограничена, что обусловлено прочностью лопаток газовой турбины. Температуру Тс можно выбрать, приближенно оценив на­пряжения в рабочей лопатке.

Напряжения растяжения, возникающие при вращении в корне рабочей лопатки (рис. 96):

0= \(гп* -

где ra=rJrK (ra, rn, rK — относительный радиус периферии, ради­усы периферии и корня рабочей лопатки); q — плотность матери­ала лопатки; ык — окружная скорость корневого сечения лопатки; k — коэффициент разгрузки.

Значение коэффициента k зависит от изменения площади по­перечного сечения лопатки по ее высоте и колеблется в пределах от 0,55 до 1.

Напряжения а в корневом сечении рабочей лопатки зависят от температуры газа Тс перед турбиной. Для определения этой зависимости необходимо связать окружную скорость корневого сечения ык с температурой газа перед турбиной. Окружную ско­рость ик можно оценить приближенно по формуле

k~l) sin «1

V.

Теплоперепад на первую ступень турбины можно приближен­но оценить по формуле

ры []

Перед расчетом необходимо выбрать гп2, *iK, ctiK, Qk и <рк. Кро­ме того, должны быть заданы давление рв и температура вперед компрессором Г а также частота вращения ротора. Если она не задана, выполняют несколько расчетов для ряда ее значений.

Расход газа при заданной мощности iVrry определяют по фор­муле

Каждому выбранному значению температуры газа Тс перед турбиной соответствуют определенные степень расширения в тур­бине 6=6опт и "удельная работа И, т. е. свои расходы. Задаваясь

Выбор температуры газа перед турбиной - student2.ru

Выбор температуры газа перед турбиной - student2.ru

Рис. 96. Размеры рабо­чей лопатки

То

Рис. 97. Графический способ опре­деления температуры газа перед турбиной

рядом значений Тс, получим зависимость ик от нее, которая позво­ляет связать напряжения растяжения а в корне рабочей лопатки с температурой Тс (кривая 1 на рис. 97). Для выбора температуры Тс необходимо сопоставить эти напряжения с допускаемыми которые, в свою очередь, зависят от температуры металла лопатки. Суммарные напряжения в корне рабочей лопатки ак складываются из напряжений растяжения а и изгибающих напря-* жений огиаг от воздействия потока газа:

сгк = о-Н-аизг.

Чтобы обеспечить надежную работу лопатки, ее нужно спроек­тировать так, чтобы напряжения ок были меньше допускаемых напряжений {ак]В условиях высоких температур прочность метал­ла прежде всего определяется пределом длительной прочности одп. Действующие в корне лопатки напряжения не должны превышать предела длительной прочности адп с учетом коэффициента запаса п, т. е. [а]^аю/п.

Сумма допускаемых напряжений растяжения [а] и изгиба Е<Тиэг] должна быть равна допускаемым напряжениям в корне рабочей лопатки: [<т]+[аиэг]=(!сУк]. Из этого условия можно получить допу­скаемые напряжения растяжения

Допускаемые напряжения изгиба обычно ориентировочно из­вестны.

Предел длительной прочности <тдп зависит от материала лопат­ки и ее температуры. Температура металла неохлаждаемой ло­патки в корневом сечении непосредственно связана с температу­рой газа перед турбиной Тс и равна температуре торможения газа на поверхности лопатки Tiv>*:

т _т •_т c'ik ..!.. г w*i*

о

я

где I — коэффициент восстановления, значение которого для ра­бочего тела газовой турбины немного меньше единицы.

Скорости ciK и Шщ можно выразить через окружную скорость ык, тогда

- ЛК - С Г о .

•* • ZCp

где р = 1 — I — ^д:21к+2^iK£OS сик-

Для выбранной температуры Гс находим температуру лопатки ^лк, по которой определим предел длительной прочности стда. За­тем, рассчитав допускаемые напряжения растяжения [о], получим в итоге их зависимость от начальной температуры газа Тс. Эта зависимость показана на рис. 97 в виде кривой 2. В точке пересе­чения кривых 1 и 2 напряжения растяжения в корне рабочей ло­патки равны допускаемым. Этой точке соответствует определенная температура газа перед турбиной Тс, которая выбирается в каче­стве рабочей.

Наши рекомендации