Детальный тепловой расчёт 8-й ступени

8.1 Исходные данные для расчёта ступени

Исходными данными для расчёта ступени являются следующие величины: G₀– массовый расход пара через ступень, в кг/с; р₀– давление пара перед ступенью в МПа;t₀– температура пара перед ступенью в˚С; располагаемый теплоперепад на ступеньH₀(с учётом статистических параметров перед ступенью), в кДж/кг; скорость входа пара в сопла ступениC₀, в м/с; средний диаметр ступениd₀, в м; частота вращения ротораn, в 1/с.

8.2 Расчёт ступени

H₀=159,3 (кДж/кг).

h₀=2415(кДж/кг).

Доля крупнодисперсной влаги на входе в данную ступень λ:

, где

Z_вл– номер ступени (данный), начиная с той, где образовалась влага;

К_аэр– характеризует аэродинамическое совершенство проточной части;

.

Производится расчет 3-й ступени ЦНД, полностью работающей во влажном паре.

Выбираем степень реактивности на среднем диаметре:

.

Корневой диаметр принимаем .

Χ₀ = 0,8.

Уточняем окружную скорость движения рабочих лопаток U:

, м/с

где d₁– средний диаметр 6-й ступени ЦНД, берется из машинного расчета, м;

n – частота вращения ротора цилиндра; n=25 1/с;

м/с;

Рассчитываем входную кинетическую энергию:

,кДж/кг

где - скорость входа потока пара в сопла ступени;

кДж/кг;

Рассчитываем располагаемый теплоперепад на ступень от параметров торможения :

, кДж/кг

где - коэффициент использования входной кинетической энергии;

принимаю =0,8;

- принимаем из машинного расчета, кДж/кг;

кДж/кг;

Рассчитываем располагаемый теплоперепад на сопловую решетку от параметров торможения :

кДж/кг.

Рассчитываем теоретическую скорость истечения пара из сопел :

м/с.

Определяем режим течения на вы­ходе из сопел по числу Маха :

,

Где для влажного пара k=1,13;

.

Поскольку то режим течения пара в соплах дозвуковой.

При вычисляем α_1эффпо формуле:

, м

где

- коэффициент расхода для сопловой решетки, в первом прибли­жении =1;

- секундный массовый расход пара через седьмую ступень цилиндра, кг/с.

G₀= 199 кг/с.

C_1t- теоретическая скорость истечения пара из сопел

d₁– средний диаметр седьмой ступени ЦНД;

l₁– высота сопловой лопатки;

Выбираем хорду соплового профиля ; принимаю=250 мм.

По отношению =0,184, а также=1,по [1, с. 54, рис. 5.2] определяем коэффициент расхода для сопловой решетки при течении через нее перегретого пара.- угол входа потока в сопловую решетку.

, где

; ;, тогда

.

По t_s1определяем коэффициент динамической вязкостим²/с.

Определяем коэффициент кинематической вязкости ν_1t:

.

, α_1эф=18,967°.

Определяем число Рейнольдса :

,

где - коэффициент кинематической вязкости

.

Коэффициент расхода для сопловой решетки =1,005.

Используя полученное значение коэффициента расхода для сопловой решетки уточняем:

, α_1эф=18,87⁰.

Корневая степень реактивности :

; ;

;

Определяем коэффициент потерь энергии сопловой решетки :

,

где - коэффициенты учитывающие влияние соответственно, определяются по [1, с. 59, рис. 5.5].

- коэффициент потерь энергии сопловой решетки для перегретого пара, определяется по [1, с. 59, рис. 5.5] в зависимости от и

;

; .

.

Угол отклонения струи вследствие влажности определяется так:

, где

y₀ =0,077,;, тогда

.

Угол выхода потока из решетки (по отношению к направлению скорости U):

, при .

⁰.

Рассчитываем коэффициент скорости для сопловой решетки :

.

Рассчитываем действительную скорость истечения пара из сопел :

м/с.

Рассчитываем потерю в соплах :

кДж/кг.

Построение входного треугольника скоростей ступени.

При можно принять, что угол входа потока перегретого пара равен.

Из входного треугольника определяем действительную относительную

скорость пара на входе в рабочие лопатки =115 м/с и угол наклона её к окружной скоростиU=105 град.

Построение выходного треугольника скоростей.

Рассчитываем теоретическую относительную скорость пара на выходе с

рабочих лопаток :, м/с

где - располагаемый теплоперепад на рабочие лопатки;

м/с.

При числе Маха больше 1 эффективный угол решетки рабочих лопаток определится:

Определяем выходную площадь решетки рабочих лопаток:

.

.

.

.

Коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток при течении влажного пара:

.

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток при течении влажного пара:

.

.

Увеличение угла выхода потока из решетки рабочих лопаток:

, где

- угол отклонения жидкой фазы;

- угол отклонения паровой фазы;

y₁– влажность пара перед решеткой рабочих лопаток.

.

м/с.

Тогда общий угол выхода потока из решетки рабочих лопаток с учетом влияния влажности:

⁰.

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток при течении перегретого пара:

.

Коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток при течении перегретого пара:

.

; м/с.

.

, ,, тогда

.

Определяем потери в решетке рабочих лопаток :

Рассчитываем выходную кинетическую энергию :

Рассчитываем относительный лопаточный КПД по следующим формулам:

;

,

где - коэффициент, учитывающий, какая часть выходной кинетической энергии используется в следующей ступени;=0;

;

.

- фиктивная скорость ,м/с.

.

По другой формуле:

.

Определяем :

;

y₀– влажность пара;

- увеличение влажности пара в процессе расширения в соплах и на рабочих лопатках;

;

; ;; .

Относительная потеря от влажности пара:

.

Потеря от влажности в тепловых единицах :

Так как ,кДж/кг;

,кДж/кг.

Определяем потерю от утечки над бандажом рабочих лопаток:

;

- степень реактивности у вершины;

;

;

,м.

мм - осевой зазор между бандажом и диафрагмой;

мм – радиальный зазор уплотнения над бандажом;

- число гребней на бандаже;

м²;

.

, кДж/кг.

Расход через зазоры по бандажу:

, кг/с.

Потери трения диска определяем так:

Сумма потерь:

.

.

Относительный внутренний к.п.д. ступени определяем по формуле:

.

Использованный теплоперепад ступени:

, кДж/кг.

Внутренняя мощность ступени:

, кВт.