Файл: Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие.pdf

которое должно быть в определенных пределах. Кроме этого, находим

туры лопаток на среднем диаметре Т^1=ТЛ1 и оценивается тем­ пература в корневом сечении лопаток Т^при отсутствии от­ вода тепла в диск и при максимальном отводе тепла к охлаж­ даемому ободу диска ( е = 0,80+0,85).

При различных температурах ТЛ.К1И по заданному ресурсу подбирается материал рабочих лопаток и строится зависи­ мость предела длительной прочности в зависимости от TA.Ki (рис. 88). По формуле (9.57) находятся напряжения растяже­ ния в корневом сечении, т. е.

6pi = 1,74 •<?Л •FA.ai'П2 •К0•10"6 КН/JM2 .

250

Эти напряжения умножаются на принятое для данной ступени значение запаса прочности, а полученная величина необходи­ мого предела длительной прочности наносится на график (рис. 88). Пересечение кривых предела длительной прочности материа­ ла рабочих лопаток и необходимого предела длительной прочности указывает температуру корневого сечения ло­ паток, при которой обеспечивается задан-

251

аый ресурс рабочих лопаток, а также необходимая степень охлаждения рабочих лопаток. Если заданный ресурс обеспе­ чивается при температуре корня меньшей, чем при максималь­ ном отводе тепла в обод диска ( £ = 0,80*0,85), то целе­ сообразно уменьшить число оборотов или принять иную си­ стему охлаждения.

Полученных при расчете последней и первой ступеней тур­ бины данных достаточно для оценки формы профиля проточной части. Построение формы профиля проточной части произво­ дится следующим образом. Проводится линия среднего диамет­ ра параллельно оси турбины (если постоянный диаметр принят постоянным). В том случае, когда постоянным принят внут­ ренний или наружный диаметр, проводится линия или внутрен­ него или наружного диаметра.

Справа на линии среднего диаметра берется точка и из этой точки вверх и вниз от прямой откладываются отрезки, равные половине высоты рабочей лопатки последней ступени

1,4 больве, чем для соответствующих сопел. Осевые зазоры d'oc, принимаются приближенно равными (0,05-0,10) t n. От­ кладываем последовательно ширину рабочих лопаток послед­ ней ступени, осевой зазор, ширину сопловых лопаток послед­ ней ступени, осевой зазор, ширину рабочих лопаток предпо-г следней ступени и т .д . (рис. 89). Построение заканчивается нанесением высоты рабочих лопаток первой ступени. Соеди­ няем выходные кромки рабочих лопаток первой и последней ступеней и замеряем угол между этой линией и осевой ли­ нией, т .е . угол раскрытия профиля проточной части.

Если подученный профиль проточной части имеет приемле­ мый угод раскрытия, то предварительный расчет можно счи-

252

нать законченным и принятый характер распределения пере­ пада тепла по ступеням остается основой для детального расчета.

Если угол раскрытия Я оказался больше допустимых ве­ личин, то необходимо уменьшить его за счет увеличения ско­ рости с 27 иди за счет изменения характера распределения перепада тепла по ступеням. Увеличение скорости с2г потре­ бует уменьшения принятого значения внутреннего к .п .д . тур­ бины тцт . Поэтому лучше изменить распределение перепада тепла по ступеням, увеличивая перепады на последние ступе­

ни.

Схема предварительного расчета многоступенчатой газовой

-степень понижения давления в турбине

п*

253

2.Коли значение внутреннего к .п .д . т|дт не задано, то оно принимается.

3.Определяется допустимая степень понижения давления

водной ступени <f = m ' и минимальное число ступеней в турбине

UapWtP», Ugp?-l°9fK

togm

4. Выбирается значение окружной скорости и и рассчи­ тывается отношение скоростей для одноступенчатой турбины

Значение окружной скорости принимается одинаковым для всех ступеней, что обеспечивается при профиле проточной части с постоянным средним диаметром облопатывания.

При таком предположении, учитывая значение характери­ стик турбины, габаритов и экономичности турбины, по графи­ ку (рис. 67) и формуле (8.59) выбирается число ступеней турбины z . Затем находится коэффициент возвращенного тепла « .

Ориентируясь на число ступеней z , отношение скоро­

стей f— \ и принятый профиль проточной части, намечается

Vс*т/

характер распределения действительного перепада тепла

определяются размеры и характеристики последней ступени и потока за ней. Затем последовательно находятся число оборотов турбины, напряжения растяжения и температура

254

корневого сечения лопаток. По температуре Tft.KZ, ресурсу облопатывания, напряжениям растяжения б pz и принятому за­ пасу прочности подбирается материал рабочих лопаток и его предел длительной прочности. Оцениваются также число обо-: ротов и система охлаждения. Анализируя значение скорости c 2z и возможные габариты выхлопных патрубков, оценивает­ ся целесообразность установки за турбиной диффузора. Исли принимается решение об его установке, то необходимо по методу, изложенному выше, определить значение давления за рабочими лопатками последней ступени и расчет по пп. 1, 2, 4, 5 повторить при новом значении p2z.

6. В последовательности, изложенной выше, определяются размеры и характеристики первой ступени. Оценивается проч­ ность первой ступени, подбирается материал рабочих лопа­ ток, окончательно устанавливается число оборотов турбины и соответствующая система охлаждения.

7. Строится профиль проточной части турбины и прове­ ряется угол раскрытия профиля. Если угол раскрытия профи­ ля проточной части получен выше допустимых для него зна­ чений, то необходимо исправить профиль проточной части.

б) изменением характера распределения перепадов теп­ ла по ступеням, увеличив перепады тепла на последние сту­ пени за счет уменьшения его на первые;

в) увеличением числа ступеней; г) изменением профиля проточной части.

8. С профиля проточной части снимаются значения высот сопел и рабочих лопаток ступеней, которые затем обеспечи­ ваются в детальном расчете. Для этого необходимо задавать­ ся такими значениями угловос1ки fi2K, которые получаются из уравнений расхода (9.15) и (9.16) после подстановки в них упомянутых значений высот сопел и рабочих лопаток.

255

Детальный расчет многоступенчатой турбины

Детальный расчет выполняется поступенчато, последова­ тельно, начиная с первой ступени.

При расчете необходимо учитывать следующие особенности. 1. В процессе расширения газа в турбине его удельный

объем увеличивается в несколько раз. Скорости же газа по ступеням яе могут изменяться столь значительно, как из­ меняются удельные объемы его. Поэтому проходная площадь по ходу газа должна значительно увеличиваться.

Рост проходных площадей можно обеспечить за счет уве­ личения углов сц , fi2 и высоты лопаток. Возможное увели­ чение высоты лопаток ограничивается допустимым углом рас­ крытия профиля проточной части. Чтобы обеспечить соответ­ ственное увеличение проходных площадей при допустимом росте высоты лопаток, углы a t и fi2от ступени к ступени должны возрастать. Это увеличение зависит от числа ступе­ ней, к .п .д . турбины, профиля проточной части и составляет в среднем 2-10°.

Для первой ступени многоступенчатой турбины угол а* рационально принимать больше, чем. в случае одноступенчатой турбины при одинаковом внутреннем к .п .д . их. Такой выбор углов « i позволяет существенно улучшить прочностные пока­ затели облопатывания многоступенчатой турбины,так как при­ нятие yraacv* для первой ступени многоступенчатой турбины на 1° больше, чем для одноступенчатой турбины, позволяет при сохранении равнопрочности ступеней повысить темпера­ туру газа на 3 -7°. При этом меньшие значения справедливы

256

обеспечить работу ступени без отрицательной степени реак­ тивности у корня и получить благоприятный профиль проточ­ ной части.

3. Величина скорости с 2 на выходе из ступеней должна уточняться для получения плавной формы проточной части. Если представится возможность уменьшить значения скорости С 2 не в ущерб прочности лопаток и габаритов турбины, то такую возможность следует использовать. Следует также учи­

- работы на окружности ступени:

Ьцк = Ь - а к - Z q .a = [ Ь - а к ^ Ц - ф с - !) ] - [ R,ck+ R ,ak+ iU k]