3 Предварительный расчёт регулирующей ступени

ТУРБИНЫ к-220-44

Располагаемый теплоперепад регулирующей ступени для частоты вращения n=50 1/с определяется по формуле:

h₀=13,1·(d_p/x_опт)²,

где d_p- средний диаметр регулирующей ступени (для одновенечной регулирующей ступени d_p= 1,10 м), м; x_опт- оптимальная величина характеристики ступени.

x_опт=φ·х₀,

где φ – коэффициент скорости сопловых решёток.

φ=0,96…0,97;

Определим характеристику ступени по уравнению:

(е·l_c / х₀)= 9,9·υ_2t / d²_p;

По графику находим

х₀ =0,475,

е = 0,84,

е·l_c / х₀= 0,614,

x_опт=0,96·0,475=0,456;

Найдём располагаемый теплоперепад:

h₀=13,1·(1,1/0,456)²= 76,23 (кДж/кг) ;

Найдём окончательное значение давления пара за регулирующей ступенью Р₂. Относительный внутренний КПД регулирующей ступени:

0,8;

Определим по «i-S»- диаграмме значения энтальпии и удельного объёма пара:

i₂=i₀ – h₀· = 2808 – 76,23 · 0,8= 2747,016 (кДж/кг) ,

υ = 0,075 м³/кг.

4 Тепловой расчёт регулирующей ступени

Расход свежего пара при номинальной нагрузке:

G = 401,5 (кг/с) ;

Средний диаметр регулирующей ступени:

d_p = 1,1 (м) ;

Окружная скорость рабочих лопаток:

U = π· d_p· n ,

U = π· 1,1·50 = 172,7 (м/с) ;

Давление пара за соплами:

Р₁ = 0,95·Р₀ ,

Р₁= 0,95·43,1 = 40,945 (бар) ;

Температура пара за соплами:

t₁ = 251 (°C) ;

Энтальпия пара на входе в турбину:

i₀ = 2808 (кДж/кг);

Давление за рабочими лопатками:

P_p = 25,86 (бар);

Располагаемый теплоперепад регулирующей ступени:

h₀= 76,23 (кДж/кг);

Принимаем степень реактивности:

ρ = 0,1;

Теплоперепад на сопловых решетках:

h_0с= (1- )∙h₀ ,

h_0с= (1- 0,1)∙76,23 = 68,607 (кДж/кг);

Теоретическая скорость пара на входе:

,

;

Теплоперепад на рабочих лопатках:

h_0р= ∙h₀ ,

h_0р=0,1∙76,23 = 7,623 (кДж/кг);

Давление пара за соплами:

P_с = 26 (бар);

Удельный теоретически объем пара за соплами:

υ_сt= 0,07 (м³/кг);

Эффективный угол выхода сопловой решётки:

α_1эф = 12º;

Выбираем профиль сопловой решётки:

С-90-12А

Принимаем коэффициент расхода для сопла:

μ_с = 0,96;

Степень парциальности:

е = 0,84;

Выходная высота сопловой решётки:

,

;

Коэффициент скорости сопловых решёток:

φ=0,97;

Действительная скорость пара на выходе из сопловой решётки:

С₁ = φС_1t ,

С₁ = 0,97370,413 = 359,3 (м/с)

Потери при обтекании сопловой решётки:

Δh_с = (1 – φ²)h_0с ,

Δh_с = (1 – 0,97²)68,607= 4,055 (кДж/кг);

Относительная скорость пара на входе в рабочую решётку:

,

= 193,73 (м/с);

Угол направления скорости W₁:

,

22,68 (°)

Геометрический угол входа:

h_0л= ∙h₀,

h_0л=0,1·76,23= 7,623 (кДж/кг);

Удельный теоретический объём пара за рабочими лопатками:

υ_рt= 0,075 (м³/кг);

,

(кДж/кг);

Относительная теоретическая скорость пара на выходе:

,

= 229,7 м/с;

Принимаем коэффициент расхода для лопатки:

μ_л = 0,95;

Высота рабочей лопатки:

,

где ∆l- перекрыши турбинной ступени.

∆l=с+а=5,5 (мм),

(мм)

Угол между вектором скорости W₂ и плоскостью колеса:

,

;

Выберем профиль рабочей лопатки:

Р-26-17А

Определим по графику относительный шаг решёток:

Выбираем хорды профилей:

в_с=6,25 (см),

в_л=2,57 (см);

Принимаем коэффициент скорости для лопатки:

ψ=0,926

Относительная скорость пара на выходе:

W₂ = ψW_2t ,

W₂ = 0,926229,7 = 212,7 (м/с);

Потери на рабочих лопатках:

Δh_р = (1 – ψ²)Е_0л ,

Δh_р = (1 – 0,926²)26,39=3,761(кДж/кг);

Абсолютная скорость выхода пара из каналов рабочих лопаток:

,

;

Угол направления скорости C₂:

,

;

Построим треугольник скоростей

Значения, полученные графическим методом, совпадают с рассчитанными.

Потери выходной скорости:

,

(кДж/кг);

Относительный лопаточный КПД ступени:

·100,

(%)

,

где m – коэффициент, учитывающий наличие парового щита (m=1).

Потери на трение:

,

(кДж/кг);

,

Потери от парциальности:

,

(кДж/кг);

Отношение скоростей:

,

;

Потери на выходе из соплового канала:

,

(кДж/кг);

Сумма потерь:

,

(кДж/кг);

Используемый теплоперепад:

,

(кДж/кг);

Относительный внутренний КПД ступени:

Давление пара за регулирующей ступенью:

(кДж/кг);

Температура пара за регулирующей ступенью:

Мощность ступени:

(кВт);

Определим количество рабочих лопаток:

(шт);

(шт);

Рисунок 4. Проточная часть одновенечной части регулирующей ступени. Профили регулирующей ступени