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

2. В лп. 26 и 40 вносится поправка к,

4. В таблицу заносятся результаты окончательного расчета. В некоторых случаях приходится вначале принимать величину в первом приближении, а затем после ряда операций уточнять ее значение. Таким образом, между собой связаны пп. 22, 23, 32 пп. 36, 37, 48 и 59. Результаты предварительных вычислений в таблице не отра­

жаются.

5. К расчету прилагаются треугольни­ ки скоростей для каждой ступени, изображение процесса в турбине на диаграмме L-S и эскиз профиля проточной части турбины (рис. 79).

Оценка результатов расчета многоступенчатой турбины. Полученные результаты оцениваются с точки зрения соответ­ ствия их заданию и удовлетворения предъявляемым к турбине требованиям. Оценка результатов расчета отдельных ступе­ ней ничем не отличается от оценки, проводимой в случае одноступенчатой турбины без диффузора и с диффузором. По­ этому в данном случае отметим только особенности, харак­ терные для многоступенчатой турбины.

I . Надежность работы турбины оценивается запасами прочности по напряжениям растяжения и величинам радиаль­ ных зазоров по спупеням турбины.

Запас прочности во всех ступенях должен быть в рекомен­ дованных пределах. Для повышения запаса прочности реко­ мендуется увеличение углов « i a fiz , увеличение степени реактивности, увеличение скорости с2к до определенных пре­ делов. Все это скажется на к .п .д . турбины и потребует по­ вторения расчета. Кроме этого, увеличение скорости сг вы­ зывает уменьшение Л- .

Если запас прочности в одной или нескольких ступенях окажется выше рекомендованных пределов, то следует крити­ чески оценить целесообразность сохранения полученных зна­ чений запасов прочности. Если принимается решение умень­

267

шить значение запаса прочности, то этого можно добиться уменьшением углов «1 и Jb2, уменьшением степени реактивно­ сти. Это, естественно, уменьшает скорость сг и требует повторения расчета. Но уменьшение скорости с2 последней или промежуточной ступени вызывает уменьшение прочности в первых ступенях турбины (если при этом не изменяется средний диаметр и число оборотов).

Для оценки надежности работы турбины по величинам ра­ диальных зазоров достаточно проверить расчетом ползучести радиальные зазоры первой и последней ступеней турбины.

2. Профиль проточной части проверяется по отдельным ступеням и для турбины в целом.

Если в результате расчета получен неблагоприятный про­ филь проточной части, то изменение его следует произво­ дить в первую очередь за счет изменения у г л о в о й )12и степени реактивности и, в крайнем случае, за счет измене­ ния числа ступеней или характера распределения перепада тепла по ступеням.

3. Оценка поперечных размеров турбины производится по размерам последней ступени. Поэтому и изменение этих раз­ меров осуществляется изменением параметров последней сту­ пени.

266

Г Л А В А 10

РАБОТА ГАЗОВЫХ ТУРБИН НА РЕЖИМАХ, ОТЛИЧНЫХ ОТ РАСЧЕТНОГО

§ I . Условия работы сопел и рабочих лопаток па нерасчетных ренинах

Расчетный рении работы турбины характеризуется полный соответствием оопловых и рабочих венцов заданной кинема­ тике потока в ступени и турбине, параметрам и расходу га­ за. Однако турбина определенную часть времени работает в условиях, отличных от расчетных. Режим работы турбины из­ меняется за счет изменения параметров газа перед турбиной и за ней, расхода rasa, числа оборотов турбины а др. Ре­ жим работы турбины монет измениться и при существенном изменении состояния проточных частей турбины и компрессо­ ров.

Числа оборотов турбин могут изменяться в широком диа­ пазоне или оставаться постоянными, как это имеет место для турбины, работающей на электрогенератор. Изменение режимов работы турбины может повести к значительным изме­ нениям в тепловом процессе турбины и вызвать недопустимые напряжения в деталях (например, лопатках, дисках), кото­ рые должны быть предусмотрены при расчетах деталей. По­ этому знание всех обстоятельств и особенностей работы тур­ бины при переменном режиме является весьма важным как для конструктора, так и для эксплуатационника.

На расчетном режиме путем надлежащего выбора проходных сечений (размеров и углов выхода лопаток) и углов установ­ ки лопаток получались желаемые значения газодинамических параметров в различных сечешаях турбины, безотрывное и безударное обтекание сопловых и рабочих лопаток. На не­

269.

расчетном режиме проходные сечения, размеры и углы профи­ лей, углы установки остаются теми же, что и на расчетном режиме, т .е . фиксированными. Поэтому проходные сечения и другие параметры сопловых и рабочих лопаток уже не всегда будут соответствовать газодинамическим параметрам и тре­ угольникам скоростей. Выясним особенности работы сопловых

ярабочих лопаток в этих условиях.

Су ж и в а ю щ и е с я с о п л а . При изменении любого параметра газа ( р*,Т*, pt ) изменяется расход газа через сопла. На рис. 90 изображены зависимости расхода

достигает максимального Gmax t рассчитанного по формуле (2 .3 2 ). Дальнейшее понижение давления pj к изменению расхода газа не приводит и он остается постоянным я рав­ ным Gm0LX(прямая MN ).

270

Если давление за соплом повышается, то происходит по­ степенное выключение из работы 'косого среза сопла. Рас­ ширение в косом срезе прекращается при давлении ра,= р1р. Дальнейшее повышение давления за соплом приводит к суще­ ственному нарушению режима работы сопла.

При сравнительно небольшом превышении Ро. над р ip от выходных кромок сопла отходят косые скачка уплотнения, в результате пересечения которых в потоке устанавливается давление, превышающее внешнее. Скорость потока остается сверхзвуковой. При еще большем повышении ра. в ядре пото­ ка возникает криволинейный скачок уплотнения, преобразую­ щий сверхзвуковую скорость в дозвуковую. А при некотором

устанавливается дозвуковая скорость, а давление продол­ ж ает повышаться до величины противодавления, так как рас­ ходящаяся часть сопла при дозвуковой скорости работает как диффузор.

Возникновение скачка в расширяющейся части сопла обыч­ но связано с местным отрывом потока газа от стенок, обра­ зованием вихрей и возможностью подсоса газа из окружающей среды. Поэтому работа расходящегося сопла при ра > р 1р про­ исходит с большими потерями и при низком к .п .д .

В случае повышения давления за соплом до величины, большей критического давления, в минимальном сечении соп­ ла может все же сохраниться давление р,^ и расход газа по-прежнему составит 6 max . Лишь при некотором достаточно высоком давлении pa=Pim перемещающийся вглубь сопла ска­ чок достигает минимального сечения и здесь исчезает. Пара­ метры потока в минимальном сечении сохраняются критиче­ скими, но перехода в сверхзвуковую область не происходит.

373