Файл: Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 139
Скачиваний: 0
В тех случаях,когда имеются ограничения по поперечным размерам,не обходимо сравнить на ружный диаметр, получен ный расчетом
<9.14)
с предельно допустимым. После выбора числа оборотов намечается про
филь проточной части. Чтобы обеспечить высо кие значения к .п .д ., необходимо исключить потери от внезапного расширения газа в про точной части. Для этого необходимо выдерживать определенное соотношение
высот сопловых и рабочих лопаток и плавный переход при изменении высоты.
На рис. 79 изображены различные варианты проточных частей одноступенчатой турбины. Одной из характеристик профиля проточной части являются углы раскрытия профиля ■уни определяющие изменение наружных и внутренних диа метров ступеней. Углы раскрытия профиля проточной части Кн или ЯЬиобразуются линией, соединяющей вершины сопловой и рабочей лопаток или корневых сечений их с линией, парал лельной оси турбины.
Для обеспечения экономичной и надежной работы турбины значения углов раскрытия для каждого профиля проточной части не должны превышать 15-18°.
Лучшие аэродинамические качества имеют профили проточ ных частей, изображенных на рис. 79 б, в. Поэтому их це-
211
весообразно применять при необходимости обеспечить высо кую экономичность ступени. Профили проточных частей, изо браженных на рис. 79 д, е, ж, имеют аэродинамические ка чества ниже, чем выше указанные, однако они позволяют по лучить лучшие показатели по поперечным и в некоторых слу чаях по осевым размерам ступени.
С точки зрения технологии изготовления наиболее просты ми являются профили проточных частей с постоянными внут ренними диаметрами. Профили же с переменными внутренними и наружными диаметрами являются наиболее сложными в изго товлении.
В практике корабельного газотурбостроения широкое при
менение подучили проточные части, показанные на |
рис. 79 а, |
б, е, к. |
|
Радиальные размеры сопловых и рабочих лопаток |
опреде |
ляются на основании уравнений расходов, написанных для. выходного сечения сопел,
W |
G Vi |
м |
(9.15) |
|
V* |
srDCiSin*i |
|
|
|
и выходного сечения рабочих лопаток |
|
|
||
|
6 Угл |
м , |
(9.16) |
|
2Л ” |
31 В VV2 sin fi2 |
|||
|
||||
8а счет изменения |
, п , о и л и р 2 можно получить необ- |
|||
1 |
|
А * |
Ъ |
|
ходимыв соотношения l ic и 12Л, а также |
— • |
|||
При расчете радиальной центростремительной турбины необходимо учитывать следующее. Угод с** выбирают в преде лах 14-25°, ориентируясь на имеющиеся профили направляю щего аппарата и их аэродинамические характеристики. Пред полагая радиальный вход потока в каналы рабочих лопаток
Ал = 90°, отношение скоростей |
следует принимать в |
пределах 0,65-0,70.
212
u.1
Определив соответствующею выбранному ^ окружную ско
рость
Ui = 1,А15- |
, |
необходимо проверить допустимость такого ее значения рас четом на прочность рабочего колеса или использовать для этой цели график (рис. 80), на котором представлены дан ные, отражающие наибольшие напряжения в раоичем колесе пт окружной скорости Uj.
В этом случае при ближенно полагают ра венство температуры рабочего колеса тем пературе рабочих ло паток, т .е .
Тр.к ="ГЛ« TWl -
Внешний диаметр рабочего колеса выбирается по кон структивным соображе ниям исходяиз задан ных габаритов или условий компоновки
двигателя. По имеющимся данным определяется число оборо тов
а = |
60 uj |
а |
|
*Di |
u ас_ 60 |
||
|
По формулам (5.48) и (5.49) определяется неооходимое значение jx , которое должно быть в пределах 0 ,3 -0,5 . При этом в соответствии с обобщенным опытом проектирования центростремительных турбин принимаются значения:
= 0,32 -т 0,62 ; р 2= 15 -г 45° .
Dj
213
Выбираем степень реактивности по |
формуле |
|
||
9 = 1 - |
т г - Ц г |
• |
\ c t / |
0 .1 7 ) |
’ |
(fZ COSV-i |
|
||
Принятое значение р должно быть не меньше pm-tn, при кото ром обеспечивается условие w2=wt .
По выбранным и рассчитанным величинам определяется
к .п .д . турбины |
по формуле (5 .47), |
в |
которой значения ср и |
Ч* принимаются: |
= 0,94 + 0,95 ;Ч>= |
|
|
ф |
0,75 |
+ 0,80 . |
Полученное значение к .п .д . должно превышать заданное.Если это условие не выполняется, то параметры турбины следует выбрать заново.
В конце расчета определяются основные размеры рабочего колеса. Длина входных кромок рабочих лопаток, равная дли
не выходных кромок сопел, |
определится из |
уравнения расхо |
|||
да: |
I |
- |
\ |
|
. |
|
|
||||
|
1с |
1Л |
Я I)iC 1 - SlncAi |
|
|
По формуле |
(5.46) |
вычисляется отношение |
скоростей— и на |
||
основании |
(5.49) |
|
|
|
c-t |
находится уточненное значение |
|||||
|
1гл |
0,41- Ю '5 |
(9.18) |
||
которое используется |
для |
определения |
|
||
|
|
|
1гл = (i t ) Bz ‘ |
|
|
При этом полученное значение 12Л должно совпадать со зна чением, найденным по уравнению расхода,
1 = |
6 У 2л |
|
|
|
гл |
3TD2Wj>si.n |
|
|
|
В заключение необходимо |
убедиться, |
что при |
данных |
зна |
чениях-^ , 9 и ja выполняется условие |
w2^.wlt |
т .е ., |
что |
|
214
Указанный порядок расчета одноступенчатых турбин поз воляет оценить возможности обеспечения заданной мощности при соответствующих основных размерах.
Детальный расчет Порядок детального расчета представлен в табличной фор-
N° Определяемые пл. величины
I 2
I Температура газа перед турбиной
2 Давление газа перед турбиной
3Статическое давление газа за ступенью
4Средняя удельная теплоемкость га за
5 Степень понижения давления в ступени
6Величина
7Располагаемый перепад тепла на ступень
8Располагаемый
перепад тепла на ступень по полным парамет рам
Обозна чение
3
т* <О
Ро
Рг
С р
сУ
До:
Ь-а
ha
Размер ность
4
К
кН/м2
„ , 2
кН/м
кДк/кг.К
кДж/кг
кДж/кг
Источник или формула
5
Задана
Задано
Из поедваритель ного расчета
Принимается по таблице
il
Г2
К -1
1-- S~ *
или по графику Дт: = f (<5)
СрТ0* • Дт
V o* N1)1
215
Скорость газа,
соответствующей! располагаемому перепаду тепла па ступень
10Отношение скоро стей
11Степень реактив ности
12Окружная скорость
13 Число оборотов
14 Средний диаметр
13Перепад тепла, срабатываемый в соплах
16Величина
17Степень понижения давления в соплах
18давление газа за соплами
19Угол выхода пото ка газа из сопло вого аппарата
20 профиль сопла
Относительный шаг
Угол установки
Коэффициент ярофильных потерь
Лорда профиля
м/с
iL
Ct
U м/с
иоб/мин
D M
К'ос кДж/кг
Л'Гс
die
Pi кН/м
град
и
<;с,
ъс м
44,70
1,415 / h i . -Ю*
!Лз предварительного расчета. Принимает ся с учетом п. II
Принимается с учетом п. 10
с* Ш
Известно из предва рительного расчета или принимается
60 ц
51 П
Ь'а (1- 9)
Ко |
|
ас |
|
г Т* |
к |
Lp 1о |
|
(1 - №с ) |
к=Т |
или по графику
<ГС= f (д т с)
ро ■ <*с
принимается
Выбирается
Зыбириются по аэро динамическим харак теристикам решеток профилей
Принимается из кон структивных сообра жений
I |
2 |
3 |
Шаг сопел |
t C |
|
Число |
сопел |
zc |
21 Теоретическая ско Cl* рость выхода по
тока газа из со пел
22Относительная высота сопла
23Коэффициент конце вых потерь
24- |
Коэффициент потерь |
Ki |
||
|
сопловых |
лопаток |
|
|
25 |
Коэффициент скоро |
9 |
||
|
сти |
|
|
|
26 Действительная |
4 |
|||
|
скорость |
выхода |
|
|
|
потока газа из со |
|
||
|
пел |
|
|
|
27 |
Потери в |
соплах |
|
|
28 |
Температура газа |
Ti |
||
|
на выходе из со |
|
||
|
пел |
|
|
|
29 Удельный объем га |
Vi |
|||
|
за на выходе из |
|
||
|
сопел |
|
|
|
30 |
Высота сопел |
t-c |
||
31 |
Относительная ско |
Wi |
||
|
рость |
входа потока |
|
|
|
газа |
на |
рабочие |
|
|
лопатки |
|
|
|
32 |
Угол входа потока |
J*t |
||
|
газа |
на |
рабочие |
|
|
лопатки |
|
|
|
33 Угод выхода потока |
|
|||
|
газа |
из |
каналов |
|
|
рабочих |
лопаток |
|
|
4
H
ШТ.
м/с
м/с
кДж/кг
К
м3/кг
м
м/с
град
град
5 |
|
Вс • |
|
згБ |
|
*с-ут |
г — |
44,70К Кае
Принимается из кон структивных сообра жений
По зависмости 2;c.K=f(U)
%С<го+ £с.к+ ^ «р
[/ 1 - Хс-Дер
9 '
(i- 9 2) С |
_ |
R T i
Pt
6 Vi
STDCi-Sind i
Из входного треуголь ника скоростей
Из го д н о го треуголь ника скоростей
Принимается
i
217
I
34 Профиль рабочих лопаток
35Относительный
шаг Угол установки
Коэффициент про фильных потерь
36Хорда профиля
Шаг рабочих лопа ток
Число рабочих ло паток
37Относительная вы сота рабочих ло паток
38Коэффициент кон цевых потерь
39Коэффициент по терь энергии на рабочих лопатках
40Коэффициент ско рости
41Теоретическая от носительная ско рость выхода по тока газа из ра бочих лопаток
42Относительная скорость выхода потока газа из рабочих лопаток
43Абсолютная ско рость выхода по тока газа из сту пени
44Угол выхода пото ка газа из ступе
ни
2>лс*>
8*
Is
4*
w2t
W,
с2
град
м/с
м/с
м/с
град
Принимаются по аэро-t динамическим характе ристикам решеток про филей
Принимается из кон структивных сообра жений
ЖВ
^А.УТ
Принимается из кон структивных сообра жений
По зависимости
^ (Л*)
£л~ +^ л..сн' ^>кР
Н - 2/л - ДЧ»
(/2 р h!a Ю5 + Wi
Ф w 2t
Из выходного тре угольника скоростей
_ II __
218
I 2
45Потери на рабочих лопатках
46Температура газа на выходе из ра бочих лопаток
47Удельный объем
газа на выходе из рабочих лопаток
48 Высота рабочих лопаток
49Потеря с выходной скоростью
50Сумма потерь на окружности
51работа на окруж ности
52Окружной к .п .д . ступени
Окружной к .п .д . ступени по пол ным параметрам
53Мощность, затра ченная на трение диска
54 Потеря на трение диска
55 Радиальный зазор
56Степень реактив ности у вершины
57Скорость газа на выходе из ра диального зазора
5 |
4 |
|
5 |
|
Ял |
кДж/кг |
|
Z |
2. |
|
|
|||
|
|
|
||
т2л |
К |
|
w2 - wt |
|
1 |
2-10sCp |
|||
|
ы3/к г |
|
TM'2ft |
|
|
|
Рг |
|
|
|
|
|
|
|
U |
м |
|
(G~bja3p) |
V гл |
|
3TBw2 Si.n £ г |
|||
|
|
|||
%s |
кДж/кг |
|
А . . {O'3 |
|
|
0 |
|
||
|
кДж/кг |
|
Яс+ Ял+ Яв |
|
U |
кДж/кг |
^а- ^Яи- \Cciu.-с2а) |
||
Па |
|
|
Lu |
|
|
|
K'a |
|
|
|
|
|
|
|
Пи |
|
|
Ьц |
|
|
|
hi |
|
|
Nтр |
кВт |
|
6 Ю 'Би5-Вг -тт- |
|
|
|
|
J |
игл |
Ятр |
кДж/кг |
|
Ntp |
|
|
В |
|
||
Jp |
м |
Принимается 9 |
|
|
9» |
|
|
/ |
2 |
|
м/с |
|
||
Ctjua |
Н 7 0 |Л > Х -. |
|||
|
|
1 |
|
|