4. Расчет закрутки последней ступени

В любой ступени параметры потока изменяются по высоте лопаток. В ступенях с относительно короткими лопатками, у которых отношение среднего диаметра к высоте , эти изменения сравнительно невелики и при расчете таких ступеней изменением параметров по высоте пренебрегают. Так рассчитывают, например, ступени ЧВД и часть ступеней ЧСД турбин малой и средней мощности. В ступенях с длинными лопатками, у которых отношение , параметры потока по высоте лопаток изменяются уже весьма значительно. Кроме того, существенно возрастает окружная скорость по высоте лопаток. Суммарное влияние этих факторов приводит к изменению степени реактивности, треугольников скоростей, перераспределению расхода и пр. и побуждает закручивать лопатки, изменяя их профиль по высоте в соответствии с изменением углов потока. Это касается ступеней ЧНД и части ступеней ЧСД.

Среди различных законов закрутки выберем, например, закон постоянства угла выхода потока из сопловой решетки α_1эф = const по высоте ступени. Он относится к «степенным» законам при Здесь r – текущий радиус ступени от корневого до периферийного. Наиболее просто расчет проводится по элементарным участкам. Для этого проточную часть последней ступени ЧНД, предварительно рассчитанную по параметрам на среднем диаметре (раздел 3), разбивают по высоте на несколько кольцевых участков одинаковой высоты ∆r, рис.16, каждый из которых рассчитывают аналогично расчету ступени с короткими лопатками.

Рисунок 16 – Расчетная схема ступени большой веерности

Методика детального расчета закрутки приведена в приложении 3.

О с н о в н ы е э т а п ы р а с ч е т а

1. Вычерчивается эскиз проточной части ступени и разбивается на несколько участков одинаковой высоты, рис.16. В целях упрощения расчетов допускается пренебрегать различием высот сопловых и рабочих лопаток. Тогда и радиусы участков r_1i ≈ r_2i. Определяются средние радиусы и высота каждого участка .

2. Степень реактивности каждого участка определяется по формуле:

где - степень реактивности прикорневого участка, выбирается на этапе расчета ступени по среднему диаметру; r_k - корневой радиус ступени, r_k = d_k/2, м.

Углы по всем участкам согласно закону закрутки принимаются одинаковыми, где значение первоначально принимается по результатам расчета последней ступени по среднему диаметру, раздел 3.

3. Определяются теплоперепады h_{oc i} и h_{ол i}, а также параметры пара за сопловой решеткой Р_1i, V_1ti по участкам.

4. Вычисляется теоретическая скорость выхода из сопел и число Маха:

5. Определяется расход пара в каждом участке, кг/с:

-при M_1t<1

-при M_1t>1

Здесь

для перегретого пара для влажного пара , Х₁ – степень сухости за сопловой решеткой.

6. Определяется суммарный расход пара через все участки Полученное значение сравнивается с заданным расходом через ступень G. Если расхождение между ними превышает 2%, т.е. необходимо откорректировать значение угла пропорционально отношению расходов

7. После корректировки угла расчет повторяется от пункта 2.

8. Далее расчет каждого участка производится по одномерной методике. В результате расчета определяются все элементы треугольников скоростей и выбираются профили лопаток по участкам.

Эффективные углы выхода из рабочей решетки определяются по найденным расходам ∆G_i через участки:

при M_2t < 1

при М_2t > 1

где

При сверхзвуковом истечении (M_1t, M_2t > 1) необходимо учитывать отклонение потока в косом срезе решеток:

Допускается принимать постоянными значения коэффициентов скорости φ, ψ и расхода μ₁, μ₂ по высоте лопаток. Хорды профилей выбирать, опираясь на прототип. КПД ступени определяется суммированием по высоте мощностей, развиваемых на рабочих лопатках потоком каждой струйки, и последующим делением на располагаемую мощность ступени

По результатам расчета выбираются профили лопаток для каждого участка (Приложение 6), вычерчиваются в масштабе треугольники скоростей и графики изменения основных параметров по высоте ступени: