Порядок расчета одновенечной ступени

1. По статическим параметрам перед ступенью и кинетической энергии на входе на H - S диаграмме определяются параметры торможения перед ступенью Располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения, кДж/кг:

Здесь h₀ - располагаемый теплоперепад от статических параметров ; С₀ - абсолютная скорость на входе в ступень (скорость выхода из предыдущей ступени С₂), м/с; - коэффициент использования этой скорости в данной ступени. Для промежуточных ступеней = 0,8 – 1,0, для регулирующей и первой нерегулируемой ступени турбины = 0.

2. Окружная скорость на среднем диаметре, м/с:

3. Располагаемые теплоперепады в сопловой и рабочей решетках, кДж/кг:

4. По H-S диаграмме определяются параметры пара за решетками р₁, р₂,V_1t, V_2t.

5. Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решетки, м/с:

6. Скорость звука в потоке пара за сопловой решеткой, м/с:

где k- показатель изоэнтропы; для перегретого пара k =1,3, для влажного пара k = 1,035+0,1 ^. Х; Х- степень сухости.

7. Число Маха сопловой решетки:

8. По значениям числа M_1t, углов α₀ = 90⁰ и α_1эф выбирается профиль сопловой решетки, а для выбранного профиля – относительный шаг (Приложение 6).

9. Выходная площадь сопловой решетки предварительная, м²:

а) при M_1t<1

б) при M_1t>1

где - коэффициент расхода сопловой решетки, предварительно принимается = 0,97 (с последующим уточнением).

10. В регулирующих ступенях, а также в первых нерегулируемых ступенях турбин малой мощности нередко применяется парциальный подвод пара, чтобы обеспечить приемлемую высоту лопаток l₁ ≥ 12 мм. Для этих ступеней вначале определяется произведение, м:

11. Оптимальная степень парциальности:

При в нерегулируемых ступенях целесообразно принимать

12. Высота сопловых лопаток, предварительная, м:

13. По прототипу или по рекомендациям выбирается хорда мм.

14. Определяется отношение , по которому уточняется коэффициент расхода сопловой решетки:

= 0,982 – 0,005 b₁/l₁.

Для ступеней, работающих в области влажного пара, вводится поправка:

.

15. После уточнения коэффициента расхода μ₁ расчет повторяется от пункта 9.

16. Определяется коэффициент скорости сопловой решетки:

= 0,980 – 0,009 b₁/l_1.

17. Действительная абсолютная скорость выхода из сопел, м/с:

18. Если число Маха M_1t >1, имеет место отклонение потока в косом срезе от оси сопловых каналов. С учетом отклонения угол выхода потока из сопловых каналов определяется по формуле Бэра:

где С_кр - критическая скорость потока, м/с; V_кр- объем пара в минимальном сечении сопел при критическом давлении Р_кр; критическое давление ; для перегретого пара и 0,577 – для насыщенного. Критический объем V_кр определяется по H-S диаграмме или по уравнению изоэнтропы

Если M_1t < 1, отклонения в косом срезе не происходит и

19. Шаг сопловых лопаток, мм:

20. Число сопловых лопаток:

После округления z₁ до ближайшего целого значения шаг t₁ уточняется.

21. Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку, м/с:

22. Угол входа в рабочую решетку, град:

23. Потеря энергии в сопловой решетке, кДж/кг:

Значение ∆h_c откладывается от точки А_1t вверх по изобаре P₁ (рис. 13). Точка А₁ характеризует состояние пара перед рабочей решеткой.

24. Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решетки, м/с:

25. Скорость звука и число Маха рабочей решетки:

где V_2t - объем пара за рабочей решеткой, рис.13.

26. Высота рабочих лопаток, м:

где ∆ = ∆₁ +∆₂ - суммарная перекрыша, табл.2.

27. По прототипу или рекомендациям выбирается хорда .

28. Коэффициент расхода рабочей решетки:

= 0,965 – 0,015 b₂/l_2.

Для влажного пара вводится поправка:

.

Здесь Y = ; Х₂ – степень сухости за рабочей решеткой.

29. Выходная площадь рабочей решетки, м²:

30. Угол выхода из рабочей решетки, град:

31. По значению числа М_2t, углов β₁ и β_2эф выбирается профиль рабочей решетки (Приложение 6). Для него принимается значение относительного шага

32. Коэффициент скорости рабочей решетки:

= 0,957 – 0,011 b₂/l_2.

33. Действительная скорость выхода из рабочей решетки, м/с:

34. Абсолютная скорость выхода из ступени, м/с:

35. Угол выхода потока из ступени, град:

36. Шаг рабочих лопаток, мм:

37. Число рабочих лопаток:

После округления z₂ до ближайшего целого значения шаг t₂ уточняется.

38. Потеря энергии в рабочей решетке, кДж/кг:

39. Потеря с выходной скоростью, кДж/кг:

40. Значения ∆h_л и ∆h_вс откладываются вверх по изобаре P₂, рис.13.

41. Располагаемая энергия ступени, кДж/кг:

где

42. Относительный лопаточный КПД:

Расхождение между значениями не должно превышать 1,5%.

43. Коэффициент потерь от трения боковых поверхностей рабочего колеса в паровой среде:

где

44. Потери от трения, кДж/кг:

45. Коэффициент потерь от парциального подвода пара (только при <1):

где i – число сопловых сегментов (для регулирующей ступени i = 4, для нерегулируемых ступеней i = 1).

46. Потери от парциального подвода, кДж/кг:

47. Коэффициент потерь от протечек через диафрагменное уплотнение (в регулирующей ступени диафрагма отсутствует и эта потеря не учитывается):

,

где F_y = - площадь зазора в уплотнении, м²; d_y - диаметр уплотнения, м, определяется по чертежу прототипа; - радиальный зазор в уплотнении, м; (0,5 – 0,8) ^.10^-3 , м; = 0,68 – 0,78 - коэффициент расхода уплотнения; z_y – число гребней уплотнения, z_y ≈ 5 -7.

48. Коэффициент потерь от протечек через бандажные уплотнения поверх рабочих лопаток:

где ; - радиальный и осевой зазоры; = (0,5 – 0,8) ^. 10^-3, м; = (4 - 6) ^. 10^-3, м; z – число гребней бандажного уплотнения (обычно z = 2).

49. Суммарная потеря от утечек, кДж/кг:

50. Коэффициент потерь от влажности:

где y_o, y₂ – степень влажности перед и за ступенью, у = 1 - Х; Х – степень сухости.

51. Потери от влажности, кДж/кг:

52. Полезно использованный теплоперепад ступени, кДж/кг:

h_i = Е₀ - ∆h_c - ∆h_л – ( ∆h_вс - ∆h_тр - ∆h_парц - ∆h_ут - ∆h_вл.

53. Внутренний относительный КПД:

54. Внутренняя мощность ступени, кВт:

Приложение 2