Подробный тепловой расчет последней ступени

Расчёт седьмой ступени

Из точки окончания действительного процесса расширения пара в шестой ступени на изобаре по вертикали откладываем вниз располагаемый теплоперепад кДж/кг, определяем давление за седьмой ступенью:

МПа.

Определяем средний геометрический удельный объём:

, м³/кг;

м³/кг.

Расход пара через ступень:

= 489,693 кг/с.

По графику на рисунке 6.2. в зависимости от произведения:

м³/с;

.

Определяем поправку на влажность:

,

;

.

Определяем действительный используемый теплоперепад третьей ступени:

, кДж/кг;

кДж/кг.

Внутренняя мощность ступени:

МВт.

Доля крупнодисперсной влаги на входе в данную ступень

=1 - характеризует аэродинамическое совершенство проточной части;

=8 - номер ступени, начиная с той, где образовалась влага;

=1,4 - давление пара перед ступенью, мПа;

Определяем степень реактивности на среднем диаметре;

принимаю корневую степень реактивности ;

Диаметр у корня находят по формуле

d_k=d₀-l₁=1.9926-0.3357=1.46356 м,

где d₀ – средний диаметр ступени, м;

l₁ - высота сопловой решетки, м.

В курсовом проекте принимают d₀=d₁=d₂ и т. д

где d₁ – диаметр сопловой решетки, м;

d₂– диаметр решетки рабочих лопаток, м;

,м

где - величина периферийной и корневой перекрыш определяем по табл. 5.3. [1].

Рассчитываем входную кинетическую энергию

,кДж/кг

где - скорость входа потока пара в сопла ступени; принимаю =30 м/с;

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.

Из точки на h-s диаграмме (см. рис. 1) вниз по изоэнтропе откладывается отрезок , находится точка - окончания теоретического процесса расширения пара в ступени: изобара, проходящая через - изобара давления пара за ступенью . Из точки вверх, по вертикали откладываем отрезок равный и определяем положение точки - характеризующей параметры торможения перед соплами ступени. Из точки вниз по вертикали откладываем отрезок и определяем положение точки - окончания теоретического расширения пара в соплах; изобара - давление за соплами.

Определяем режим течения на выходе из сопел по числу Маха судим о режиме течения:

,

где = 0,045 берется в точке (см. рис. 1), ;

= 4,5 - давление пар за соплами, МПа;

k=1,13 – для влажного пара;

.

Поскольку то режим течения пара в соплах дозвуковой.

Проверяем режим течения, вычислив отношение ,

где - давление перед соплами;

=1,224 - давление пар за соплами, мПа;

=1,4 - давление пара за ступенью, мПа; ε₁ .

Поскольку ε₁> ε то режим течения пара в соплах дозвуковой.

При вычисляем эффективный угол сопловой решетки по формуле:

, м

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

l₁ =0,3357 - высота сопловой решетки, м;

- эффективный угол сопловой решетки на выходе, можно принять;

=628,2491- секундный массовый расход пара через первую ступень цилиндра на 1 поток, кг/с.

Определяем эффективный угол сопловой решетки на выход

Выбираем хорду соплового профиля ; принимаю =0,150 м.

По отношению =0,439, а также , 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, для 1-й ступени .

Определяем число Рейнольдса :

,

где - коэффициент кинематической вязкости, определяется по параметрам в точке (см. рис. h-s диаграммы): , По в табл.5.2. [1] определяем коэффициент динамической вязкости =158* 10^-7(П∙с) для пара.

- удельный объем пара в точке , м³/кг;

- температура насыщения точке ;

= , .

.

По влажности пара перед сопловой решеткой и доли крупнодисперсной влаги на входе в данную ступень находим по рис 5.3 [1] поправку к коэффициенту расхода =0,03, учитывающей влияние влажности и доли крупнодисперсной влаги. Окончательная поправка учитывает отношение давлений , причем =0,22 определяется по рисунку 5.4. [1].

После этого уточняем значение коэффициента расхода для сопловой решетки

Используя полученное значение коэффициента расхода для сопловой решетки уточняем эффективный угол сопловой решетки на выход

Проверяем корневую степень реактивности :

;

не превышает допустимого значения принято верно.

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 ;

.

Рассчитываем коэффициент скорости для сопловой решетки :

Рассчитываем действительную скорость истечения пара из сопел :

м/с.

Рассчитываем потерю в соплах :

кДж/кг.

На диаграмме h-s (см. рис. 1)из точки вверх по вертикали откладываем и определяем на изобаре точку – окончания действительного процесса расширения пара в соплах. Определив в точке (см. рис. 1) влажность пара y₁=1-0.89=0.11, находим величину доли крупнодисперсной влаги на входе в решетку рабочих лопаток.

При течении влажного пара, вследствие влияния влажности, будет наблюдаться отклонение струи пар.

Угол отклонения струи вследствие влажности можно определить как

,

где - угол отклонения для капелек влаги;

- угол отклонения паровой фазы;

- влажность пара перед сопловой решеткой;'

и определяются в зависимости от и доли крупнодисперсной влаги перед сопловой решеткой по рис. 5,7 [1]

Тогда угол выхода потока из сопловой решетки (по отношению к направлению U) составит

.

Строим входной треугольник скоростей ступени.

При можно принять, что угол входа потока перегретого пара равен . На рисунке 5 дан вид входного треугольника скоростей сплошными линиями.

По рисунку треугольников (см. рис. 5) скоростей определяем действительную относительную скорость пара на входе в рабочие лопатки w₁ и угол наклона ее к окружной скорости U ; м/с.

Рассчитываем теоретическую относительную скорость пара на выходе из рабочих лопаток :

, м/с

где - располагаемый теплоперепад на рабочие лопатки;

кДж/кг;

м/с.

Входная высота решетки рабочих лопаток больше на величину корневой и периферийной перекрыш ; определяются с ориентировкой на прототип; принимаю .Для первой ступени ЦВД можно принять .

м.

Определяем режим течения на входе в рабочие лопатки по числу Маха :

,

где - удельный объем, берется в точке (см. рис. 1), =0,045

.

Проверяем режим течения, вычислив отношение

Поскольку то режим течения дозвуковой.

При , ,e=1 определяем по следующему соотношению:

,град

где d₂=d₁ – средний диаметр диска с рабочими лопатками 1-й ступени ЦВД, м;

град.

Определяем число Рейнольдса :

,

где - коэффициент кинематической вязкости, определяется по параметрам в точке (см. рис. 1): , По в табл.5.2. [1] определяем коэффициент динамической вязкости =154 10^-7 (П∙с) для пара.

- удельный объем пара в точке , м³/кг;

- температура насыщения точке ;

.

.

Выбираем хорду соплового профиля ; принимаю =0,075 м.

По отношению =0,212, а также , по [1, с. 54, рис. 5.2] определяем коэффициент расхода для сопловой решетки при течении через нее перегретого пара =0,992. По влажности в точке А₁ (см. рис. 1) определяем y₁ и и по по [1, с. 55 рис 5.3, 5.4. ] определяем поправку .

По влажности пара перед сопловой решеткой и доли крупнодисперсной влаги на входе в данную ступень находим [1, с. 55 рис 5.3] поправку к коэффициенту расхода =0,016, учитывающей влияние влажности и доли крупнодисперсной влаги. Окончательная поправка учитывает отношение давлений , причем =0,2 определяется по [1, с. 55. рис. 5.4].

После этого уточняем значение коэффициента расхода для сопловой решетки

Используя полученное значение коэффициента расхода для сопловой решетки уточняем эффективный угол решетки рабочих лопаток на выходе

Определяем коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток :

,

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

=0,038 - поправка, учитывающая влияние влажности, которая находится по [1, с. 60, рис 5.6];

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

Рассчитываем коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток :

.

Находим увеличение угла выхода потока из решетки рабочих лопаток

,

где - угол отклонения для капелек влаги;

- угол отклонения паровой фазы;

- влажность пара перед сопловой решеткой;

и определяются в зависимости от и доли крупнодисперсной влаги перед сопловой решеткой по [1, с. 61, рис. 5,7]

Тогда угол выхода потока из решетки рабочих лопаток (по отношению к направлению U) составит

Рассчитываем потери в решетке рабочих лопаток

кДж/кг.

Точка получена с учетом (см. рис. 1).

Чтобы более точно вычислить относительный лопаточный к.п.д. при течение влажного пара , сначала необходимо вычислить относительный лопаточный к.п.д. ступени при течение перегретого пара . При определения углов выход потока из решетки исключаем поправки на влияние влажности.

Определяем коэффициент потерь энергии сопловой решетки для перегрето пара

,

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 ;

;

.

Рассчитываем коэффициент скорости для сопловой решетки при течении перегретого пара

Определяем коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток :

,

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

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

Рассчитываем коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток :

.

Уточняем значение скоростей и строим треугольники скоростей штриховыми линиями для перегретого пара (см. рис. 5).

Рассчитываем действительную относительную скорость пара на выходе с рабочих лопаток

м/с.

На рис. 5 дан вид выходного треугольника скоростей. Из него определяем абсолютную скорость пара на выходе из решетки рабочих лопаток =62,44м/с и угол наклона её к окружной скорости U =81 град.

Рассчитываем действительную относительную скорость пара на входе из

рабочих лопаток :

, м/с

где - располагаемый теплоперепад на рабочие лопатки;

Найдем по теореме треугольника по (рис. 6)

м/с

тогда .

Рассчитываем действительную относительную скорость пара на выходе с рабочих лопаток для перегретого пара

м/с.

В курсовом проекте можно принимать, что угол выхода потока перегретого пара равен эффективному углу сопловой решетки , а угол выхода потока из решетки при течении перегретого пара равен эффективному углу решетки рабочих лопаток на выходе

Рассчитываем действительную скорость истечения перегретого пара из сопел

м/с.

Уточняем выходную кинетическую энергию на случай течения перегретого пара

кДж/кг.

Уточняем потерю в соплах на случай течения перегретого пара

кДж/кг.

Уточняем выходные потери в решетке рабочих лопаток на случай течения перегретого пара

кДж/кг.

Рассчитываем относительный лопаточный КПД по следующим формулам:

;

,

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

- фиктивная скорость, м/с; кДж/кг;

;

;

;

не превышает 2% ,расчет произведен, верно.

Линия (см. рис. 1) – действительный процесс расширения перегретого пара в соплах и на рабочих лопатках. Определяем относительный лопаточный к.п.д. при течение влажного пара

где - влажность пара в точке (рис. 1);

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

- влажность пара в точке (рис. 1);

;

- определяется по рис. 5.12. в зависимости от ;

;

- фиктивная скорость при течение влажного пара, м/с;

;

кДж/кг;

кДж/кг;

.

Относительная потеря от влажности пара

Тогда потеря от влажности в тепловых единицах

кДж/кг.

На h-s диаграмме (см. рис. 1)из точки откладываем вверх и находим на изобаре точку .

Потерю через диафрагменное уплотнение подсчитываем,

,

где =0,8 коэффициент расхода для уплотнения из рис.5,13 стр 70(1), т.к.

-живое сечение зазора уплотнения

-число гребней в диафрагменном уплотнении

,

Определяем потери от утечки над бандажом рабочих лопаток :

;

где - диаметр вершины гребешка на бандаже, м;

- диаметр вершины лопатки, м;

, м; , м;

=0,003 м; , м;

- степень реактивности у вершины;

;

, м,

где - осевой зазор между бандажом и диафрагмой; =0,0025 м;

- радиальный зазор уплотнения над бандажом; =0,0019 м;

=3 - число гребней на бандаже;

,

Все перечисленные величины берутся с ориентировкой на прототип турбины.

.

Рассчитываем потери на трение диска :

.

Рассчитываем сумму потерь :

кДж/кг.

Рассчитываем относительный внутренний КПД ступени :

.

Рассчитываем использованный теплоперепад ступени :

кДж/кг.

Рассчитываем мощность ступени :

кВт.

Дата добавления: 2014-11-18