вкр. Брянский государственный технический

Название	Брянский государственный технический
Дата	13.11.2022
Размер	3.76 Mb.
Формат файла
Имя файла	Kovtun_S.docx
Тип	Реферат #786028
страница	5 из 7

1 2 3 4 5 6 7

Среднее сечение
Примем в первом приближении:

Окружная скорость на этом диаметре:

Окружная составляющая абсолютной скорости потока:

Абсолютная скорость выхода потока:

Перепад энтальпий в направляющем аппарате на среднем диаметре:

Перепад энтальпий в рабочем колесе:

Степень реактивности на среднем диаметре:

Зная h₂₄, по диаграмме состояния газа определим параметры газа в осевом зазоре второй ступени ТНД на среднем диаметре, отложив от конца процесса второй ступени отрезок h₂₄ (рис 2.5.):

Т₁₄ = 723 К; V₁₄ = 1,73 м³/кг; Р₁₄ = 0,12 МПа.

Найденному удельному объёму соответствует площадь кольца, занятого направляющими лопатками второй ступени ТНД:

Внешний диаметр направляющего аппарата:

Средний диаметр направляющего аппарата:

что совпало с ранее принятым значением.

Высота направляющих лопаток:

Угол выхода потока:

Относительная скорость газа на входе в рабочее колесо:

Угол входа потока в рабочее колесо:

Относительная скорость газа на выходе из рабочего колеса:

Угол выхода потока из рабочего колеса:

Окружная составляющая относительной скорости выхода газа из рабочего колеса:

Окружная скорость на среднем диаметре рабочего колеса:

Окружная составляющая абсолютной скорости выхода газа из рабочего колеса:

Периферийное сечение
Расчет ведём в той же последовательности, что и для среднего сечения, с учётом различных значений окружных скоростей в осевом зазоре и за рабочим колесом, а именно:

По найденным в трех сечениях ступени ТНД значениям величин строим графики изменения по высоте лопаток всех параметров потока (рис.2.5) и треугольники скоростей (рис. 2.6).

Основные параметры рассчитанных ступеней сведены в таблицу 2.2.
Таблица 2.2

Основные параметры ступеней ТВД и ТНД

Параметр	ТВД		ТНД
Параметр	1 ст.	2. ст	1 ст.	2. ст	3. ст
Внутренний диаметр d', м	0,773	0,773	0,882	0,882	0,773
Средний диаметр НА d, м	0,881	0,912	1,150	1,203	0,881
Внешний диаметр НА d", м	0,989	1,005	1,418	1,524	0,989
Высота направляющих лопаток l₁, м	0,083	0,122	0,225	0,269	0,083
Высота рабочих лопаток l₂, м	0,108	0,139	0,228	0,290	0,108
Изоэнтропийный перепад энтальпий в ступени h₀, кДж/кг	183,1	183,1	170,6	170,6	183,1
Полный изоэнтропийный перепад энтальпий в ступениh₀*, кДж/кг	200,2	200,2	186	186	200,2
Окружная скорость на среднем диаметре НА U₁, м/с	318,1	332,9	350,1	362	318,1
Условная скорость C₀, м/с	605,1	605,1	584	584	605,1
Характеристическое отношение U/C₀	0,526	0,55	0,599	0,619	0,526
Полный перепад энтальпий в направляющем аппарате h₁*, кДж/кг	159,3	136,8	116,8	113,8	159,3
Перепад энтальпий в рабочем колесе h₂, кДж/кг	40,9	63,4	69,2	72,2	40,9
Степень реактивности на среднем диаметре ρ	0,223	0,346	0,406	0,423	0,223
Коэффициент потерь энергии в направляющем аппарате ζ₁	0,06	0,06	0,06	0,06	0,06
Коэффициент потерь энергии в рабочем колесе ζ₂	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08
Скорости и углы потока на среднем диаметре
C₁, м/с	547,3	547,3	547,3	547,3	547,3
W₁, м/с	266,1	266,1	266,1	266,1	266,1
W₂, м/с	365,3	365,3	365,3	365,3	365,3
α₁, град	18,6	18,6	18,6	18,6	18,6
β₁, град	41,1	41,1	41,1	41,1	41,1
β₂, град	28,2	28,2	28,2	28,2	28,2

Рис. 2.5. Графики изменения параметров потока по высоте лопатки второй ступени ТНД

Рис. 2.6. Треугольники скоростей третьей ступени ТНД
2.3.4. Определение размеров диффузора
За турбиной располагается диффузор осерадиального типа со степенью диффузорности n = С₂_z/С_Д= 185/84 = 2,2. Задача расчёта диффузора сводится к определению длины его средней линии при заданном угле раствора эквивалентного диффузора (рис.2.7) γ = 16º.

Рис. 2.7. Эквивалентный диффузор
Площадь входного сечения диффузора:

F_1д = π·d_z·l_1д = 3,14·1,02·0,3 = 0,97 м²,

где d_z = d₂₅ = 1,02 м;

l_1д = l_z + Δ_д^’ + Δ_д^’’ = 0,25 + 0,1·0,25 + 0,1·0,25 = 0,3 м.

Площадь выходного сечения диффузора:

Длина средней линии диффузора находится по эквивалентному прямому диффузору.

Принимаем F_1дэ = F_z = S_z = 0,81 м², тогдa

Аналогично F_2дэ=F_2д=1,62 м²,

В результате

Ширина канала на выходе осерадиального диффузора l_2д находится по уравнению неразрывности с соблюдением принятой степени диффузорности:

где d_2д = d_2дэ = 1,43 м.
2.3.5. Определение потерь энергии и КПД
Потери энергии в направляющих и рабочих решётках определяются по формулам:

причём значения ξ₁ и ξ₂ берутся осреднёнными по высоте лопаток, т.е. с учётом вторичных перетеканий на концах лопаток (в корневой и периферийной областях межлопаточных каналов). В настоящем расчёте принято ξ₁ = 0,06 и ξ₂ = 0,08.

Для ступеней с бандажом потери от протечек через осевые зазоры определяются по формулам

У периферии:

,

где

- коэффициент расхода щели осевого зазора;

- площадь щели осевого зазора

у периферии ступени, м²;

- удельный объем за рабочим колесом

;

- степень реактивности у периферии ступени;

- число щелей уплотнения по бандажу, шт ;

- коэффициент расхода щели над бандажного уплотнения.

Для уплотнения нового типа с уплотняющими осевыми зазорами

У корня:

,

где

- коэффициент расхода через щели;

- давление торможения перед ступенью, МПа;

- давление в осевом зазоре у корня ступени;

- число щелей уплотнения, шт;

- удельный объем торможения перед ступенью,

;

- коэффициент учитывающий искажение потока из-за подмешивания к нему протечек через корневое уплотнение.

Потери на трение диска о газ вычисляются по формулам:

,

где

- потери энергии на трение диска, кВт;

- средний диаметр ступени, м;

- окружная скорость на среднем диаметре,

;

- удельный объем газа в осевом зазоре по среднему диаметру,

.

К.п.д. ступени определяется по формуле:

Результаты расчётов потерь энергии и КПД сведены в таблицу 2.3. Значения соответствующих расчётных величин принимаются для средних диаметров ступеней (табл.2.2).

Таблица 2.3

Потери энергии и КПД ступеней

Расчётная величина	ТВД			ТНД
Расчётная величина	1 ст.	2 ст.	1 ст.		2 ст.	3 ст.
Теоретическая скорость выхода потока из НА C_1t, м/с	564,3	522,7	484,9		476,6	564,3
Коэффициент потерь энергии в НА ζ₁	0,06	0,06	0,06		0,06	0,06
Потери энергии в НА Δh₁, кДж/кг	9,6	8,2	7,05		6,81	9,6
Теоретическая скорость выхода потока из РК W_2t, м/с	376,6	439	413,4		440,6	376,6
Коэффициент потерь энергии в РК ζ₂	0,08	0,08	0,08		0,08	0,08
Потери энергии в РК Δh₂, кДж/кг	5,67	7,71	6,84		7,77	5,67
Радиальный зазор по рабочим лопаткам δ, мм	0,8	0,8	0,8		0,8	0,8
Относительный радиальный зазор по рабочим лопаткам δ	0,0015	0,001	0,001		0,001	0,0015
Потери энергии у периферии ступени Δh_е", кДж/кг	0,12	0,103	0,925		0,631	0,12
Потери мощности на трение диска ΔN_тр	0,53	0,38	0,51		0,44	0,53
Сумма потерь энергии в ступени ΣΔh, кДж/кг	22,59	25,41	21,47		22,27	22,59
Использованный перепад энтальпий в ступени h, кДж/кг	160,51	157,69	149,13		148,33	160,51
Располагаемый перепад энтальпий в ступени h₀, кДж/кг	183,1	183,1	170,6		170,6	183,1
КПД. ступени η_ст%	87,7	86,1	97,4		87,0	87,7

Использованный перепад энтальпий в турбине составляет:

H = Σh = 615,66 кДж/кг.

Внутренний к.п.д. турбины:

Так как

не изменился, то значения эффективной удельной работы ГТУ

2.3.6. Технико-экономические показатели
Эффективная мощность ГТУ

Удельный расход газа

Эффективный КПД ГТУ

где

- расход теплоты в камере сгорания.

Удельный расход тепла ГТУ

Удельный расход условного топлива

где

2.4. Расчет на прочность
2.4.1. Расчет рабочей лопатки второй ступени ТВД

на растяжение и изгиб
Расчет на растяжение
Приближённо напряжение в корневом сечении рабочей лопатки переменного сечения, вызванное центробежной силой массы пера находим по формуле:

,
где =8000 кг/м³ – плотность материала лопатки (рабочую лопатку второй ступени ТВД изготавливаем из жаропрочного сплава ЖС6-К);

_n=F_п/F_к=0,800 – отношение площадей поперечного сечения у периферии и корня лопатки;=d/l=0,912/0,139=6,561; U_c=332,9 м/с – окружная скорость на среднем диаметре (из расчёта проточной части турбины). Таким образом, растягивающее напряжение будет равно:

МПа.

Допускаемое напряжение растяжения для сплава ЖС6-К:

.

Следовательно, условие прочности выполняется.
Расчет лопаток на изгиб
Рабочие и направляющие лопатки подвергаются изгибу под влиянием протекающего газа. Действие газа на направляющие лопатки обуславливают возникновением силы, которая может быть разложена на окружную

и осевую

составляющие (рис 2.14.).

Определяя изгибающие напряжения в закрученной лопатке (d/l=6,561<12), учитываем изменение давления по высоте профиля; оно обуславливает изменение реактивности, скоростей газа, расхода через единицу длины лопатки. Для расчёта изгибающих напряжений лопатку разбиваем на равные участки (рис. 2.15.).

Для середины каждого участка из теплового расчёта определяем величины С₁_u; С₂_u; С₁_z; С₂_z; Р₁_i; Р₁_i; _i; t₂_i. Если расстояние от основания лопатки до середины i-го участка высотой х_i составит х_i_ср, то расход газа через этот участок, приходящийся на одну лопатку составит:

.

Составляющие усилия от действия газа на i-ом участке:
Pu_i=G_i(С₁_ui- С₂_ui),

Pz_i=G_i(С_1zi- С_2zi)+(P_1i-P_2i)·t_2i·х_i,

а равнодействующая этих сил:

, где х_nрасстояние от корня до сечения n-n.

Принимая допущение, что изгибающее напряжение в середине 1-го участка лопатки равно напряжению в корневом сечении (

), проверяем условие надёжности облопачивания: _u_к≤[_u,

9,514<35, где [_u=35 МПа. Прочность обеспечена.
Расчёт на изгиб газом рабочих лопаток второй ступени ТВД.

Параметры на i-ом участке	Номер участка
Параметры на i-ом участке	1	2	3	4	5
Высота участка x_i, м	0,028	0,028	0,028	0,028	0,028
Расстояние от корня лопатки до середины участка x_i, м	0,014	0,042	0,070	0,098	0,126
Расстояние от корня лопатки до сечения n-n x_n, м	0	0,028	0,056	0,084	0,112
Расходная составляющая скорости потока для Н.А. C₁_zi, м/с.	235	235	235	235	235
Расходная составляющая скорости потока для Н.А. C₂_zi, м/с.	235	235	235	235	235
Давление газа перед Р.К. Р₁_i, МПа	0,360	0,385	0,410	0,435	0,460
Давление газа за Р.К. Р₂_i, МПа	0,270	0,280	0,290	0,300	0,310
Степень реактивности _i	0,145	0,246	0,346	0,412	0,478
Шаг рабочей лопатки t₂_i, м	0,055	0,059	0,063	0,067	0,071
Окружная составляющая скорости истечения газа из Н.А. C₁_ui, м/с.	520,8	485,1	449,3	422,6	395,8
Окружная составляющая скорости истечения газа из Р.К. C₂_ui, м/с.	-3,5	-9,9	-16,4	-12,8	-9,1
Момент сопротивления сечения изгибу W·10^-6, м³	0,206	0,314	0,506	0,859	1,384
Расход газа через участок, приходящийся на одну лопатку G_i, кг/с.	0,0388	0,070	0,105	0,133	0,188
Окружная составляющая окружной силы Рu_i, Н.	20,34	34,65	48,90	57,91	76,12
Осевая составляющая изгибающей силы Рz_i, Н.	138,6	173,5	211,7	253,3	298,2
Изгибающий момент от сил давления газа на участок М(хn), Н·м.	1,960	2,477	3,042	3,638	4,309
Напряжение изгиба _u,МПа	9,514	7,889	6,012	4,235	3,113