«Расчёт проточной части газотурбинной установки со степенью регенерации 0.2 и электрической мощностью 54 МВт». Курсовая нанетатели Макиенко АО ЗТЭ-191. Исходные данные

• Название: Исходные данные
• Анкор: «Расчёт проточной части газотурбинной установки со степенью регенерации 0.2 и электрической мощностью 54 МВт
• Дата: 25.02.2023
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Курсовая нанетатели Макиенко АО ЗТЭ-191.docx
• Тип: Документы; #954433
• страница: 4 из 5

Расчет турбины

Поскольку ГТУ проектируется для привода электрогенератора, частота вращения ротора установки принимается равной 50 с ^-1. Конечное давление по параметрам торможения принимают равным 10⁵ Па.

Температура заторможенного потока перед турбиной

(3.1)

где T_с - температура газа перед турбиной, определенная при расчете тепловой схемы газотурбинной установки; ω_с - скорость газа во входном патрубке.

Значения скоростей во входном и выходном патрубках, первой и за последней ступенью, а также КПД входного и выходного патрубка принимают исходя из рекомендуемых значений, приведенных в табл. 5.1.

Теплоперепад турбины по параметрам торможения

(3.2)

Значения скоростей во входном и выходном патрубках, перед первой и за последней ступенью, а также КПД входного и выходного патрубка принимают исходя из рекомендуемых значений, приведенных в таблице 3.1.

Давление торможения перед турбиной

(3.3)

Плотность газа перед турбиной по параметрам торможения определяется по следующей формуле:

(3.4)

Таблица 3.1.

Параметры при расчёте турбины

Параметр	Значение
Скорость во входном патрубке, ωс ,м/с	40
Скорость перед первой ступенью, с0 ,м/с	100
Скорость в выходном патрубке, ωd ,м/с	30
Скорость за последней ступенью, сz ,м/с	150
КПД входного патрубка, ηвх	0,93
КПД выходного патрубка, ηвых	0,5
Окружной скорость на диаметре корневых сечений, uк ,м/с	195
Отношение скоростей,	0,45
Угол выхода лопатки в корневом сечении α1к	17°
Степень реактивности θк	0,09

Потери давления торможения во входном патрубке вычисляют, приняв :

(3.5)

Давление торможения перед первой ступенью

(3.6)

Определяется теоретическая и расчетная температура газа за турбиной

	(3.7)
	(3.8)

Вычисляется температура газов за последней ступенью

(3.9)

Поскольку давление за последней ступенью мало отличается от давления за турбиной, при определении плотности можно принять

(3.10)

Определяется величина потерь полного давления в выходном патрубке:

(3.11)

Давление торможения за последней ступенью турбины

(3.12)

Для определения числа ступеней турбины вычисляется располагаемый теплоперепад по параметрам перед первой и за последней ступенями:

	(3.13)
	(3.14)

отношение давлений в ступенях турбины.

Диаметр корневых сечений d_k определяется из условия обеспечения рекомендуемой окружной скорости u_к (см. таблицу 3.1)

(3.15)

Рассчитывается располагаемый теплоперепад одной ступени:

(3.16)

- рекомендуемое отношение скоростей (см. таблицу 3.1).

Определяется число ступеней турбины

(3.17)

Вычисляется коэффициент возврата тепла α_m

(3.18)

Уточняется теплоперепад одной ступени

(3.19)

Из уравнения неразрывности определяется ориентировочное значение периферийного диаметра первой ступени турбины

(3.20)

(принято cosγ₀=0,98).

Высота направляющих лопаток на входе в первую ступень турбины

(3.21)

Для определения высоты лопаток последней ступени назначают приемлемое отношение , тогда

	(3.22)
	(3.23)

Находится площадь проходного сечения последней ступени

(3.24)

Меридиональная скорость за последней ступенью с_zs определяется из уравнения неразрывности:

(3.25)

Найденное значение с_zs вполне приемлемо и может быть принято. Однако в первых ступенях целесообразно принять меньшее значение меридиональной скорости.

Угол выхода лопатки в корневом сечении α_1к и степень реактивности θ_к принимают исходя из рекомендуемых значений (см. табл. 3.1). Коэффициент скорости и принимают по опытным данным, представленным в атласах профилей турбин.

Рассчитывается теоретическая скорость за соплами первой ступени, соответствующая изоэнтропийному течению в сопловой решётке

(3.26)

Меридиональная скорость определяется по формуле

(3.27)

Если меридиональная скорость в первой ступени заметно меньше, чем в последней, нецелесообразно выполнять все ступени однотипными. Можно, например, объединить первые несколько ступеней в одну группу, а остальные ступени выполнять индивидуальными.

Существует несколько законов распределения окружных проекций скоростей в ступени турбины. В рамках данного курсового проекта предлагается выполнить расчёт ступени турбины, воспользовавшись законом постоянной меридиональной скорости, описываемый уравнением 3.28. Кроме того, потребуем постоянства работы по высоте лопаток.

(3.28)

Расчет треугольников скоростей производится для трех сечений – корневого, среднего и периферийного.

Определяется средний диаметр в сечении перед соплами

(3.29)

Вычисляется окружная проекция скорости в корневом сечении

(3.30)

После преобразования формулы 3.28, определяется окружная проекцию скорости на среднем диаметре

(3.31)

Меридиональная проекция относительной скорости равна меридиональной проекции абсолютной скорости .

Далее вычисляется окружная скорость, проекция относительной скорости на окружное направление и относительная скорость на среднем диаметре

	(3.32)
	(3.33)
	(3.34)

Меридиональная скорость на среднем диаметре с_1sc в соответствии с принятым законом распределения скоростей постоянна, т.е. равна с_1sк.

Определяется действительное и теоретическое значения абсолютной скорости на среднем диаметре

	(3.35)
	(3.36)

Располагаемый теплоперепад в рабочей решетке находится по формуле

(3.37)

Вычисляется степень реактивности

(3.38)

Относительная скорость за рабочими лопатками находится по формуле

(3.39)

Средняя меридиональная проекция скорости с_2s принимается равной c_1s.

Вычисляются

	(3.40)
	(3.41)
	(3.42)
	(3.43)

Желательно, чтобы значение угла α₂ находилось в пределах 70 – 80 °, что может быть достигнуто, например, путем небольшого изменения диаметров (т.е. параметра ).

Определяется температура, давление и плотность газа перед рабочими лопатками первой ступени:

	(3.44)
	(3.45)
	(3.46)
	(3.47)

Диаметр периферийного сечения находится из уравнения неразрывности

(3.48)

Принято = 0,98.

Определяются параметры газа за ступенью

	(3.49)
	(3.50)
	(3.51)
	(3.52)

Вычисляется диаметр периферийного сечения на выходе из рабочих лопаток ступени

(3.53)

Принято = 0,96

Дальнейший расчет газовой турбины предлагается свести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Параметры	Диаметр сечения d, м.
	1,242 м	1,359 м	1,452 м
Окружная скорость, м/с	195,000	213,316	228,037
Окружные проекции скорости, м/с:
	390,361	358,741	336,909
	-71,677	-32,004	-8,189
Меридиональные проекции скорости, м/с:
с1s (принята постоянной)	119,345	119,345	119,345
,	102,574	119,345	124,869
Угол	17,009	18,410	19,516
Скорость за направляющими лопатками, м/с:	407,997	377,888	357,249
Теоретическая скорость за направляющими лопатками, м/с: .	420,616	389,575	368,297
Располагаемый теплоперепад направляющих лопаток, кДж/кг:	83,459	70,884	62,822
Окружная проекция относительной скорости, м/с:	195,361	145,425	108,872
Угол	31,437	39,395	47,652
Относительная скорость, м/с:	228,824	188,046	161,483
Окружная проекция относительной скорости, м/с:	266,677	245,321	236,227
Угол	21,049	25,955	27,875
Относительная скорость, м/с:	285,641	272,690	267,077
Теоретическая относительная скорость, м/с:	294,475	281,123	275,337
Располагаемый теплоперепад на рабочих лопатках, кДж/кг:	17,178	21,835	24,867
Использованный теплоперепад на рабочих лопатках, кДж/кг:	14,615	19,499	22,627
Общий располагаемый теплоперепад, кДж/кг:	98,074	90,384	85,448
Степень реактивности:	0,175	0,242	0,291
Угол	55,083	75,026	86,291
Скорость на выходе из ступени, м/с:	125,136	123,562	125,138
Располагаемый теплоперепад по параметрам торможения, кДж/кг:	95,245	87,750	82,619
Температура газов, К:
	1208,886	1221,563	1230,254
	1203,573	1216,642	1225,601
	1196,578	1205,143	1211,200
	1194,420	1203,176	1209,313
Давление, Па·105:
	50,664	51,214	51,591
	48,494	48,466	48,469
Плотность газа, кг/м3:
	14,558	14,563	14,567
	14,078	13,969	13,900

Рисунок 5. Треугольник скоростей для диаметра сечения d_k



Рисунок 6. Треугольник скоростей для диаметра сечения d_c



Рисунок 7. Треугольник скоростей для диаметра сечения d_п
Определяется КПД ступени на расчётных диаметрах:

	(3.54)
	(3.55)
	(3.56)

За КПД ступени допустимо принять среднеарифметическое значение КПД

(3.57)

Определяется величина зазора между корпусом турбины и рабочими лопатками ступени

(3.58)

где - относительная величина зазора.

Влияние утечек оценивают по формуле

(3.59)

г де - опытный коэффициент; l – длина лопатки

= (1,452-1,242)/2= 0,420 м.
Дополнительные потери в ступени возникают также вследствие утечки газа через уплотнения диафрагмы. Их учет может быть произведен после определения размеров диафрагменного уплотнения и расчета утечки через диафрагменное уплотнение.
Вывод: Газотурбинной установкой называют тепловой двигатель, состоящий из трех основных элементов: воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. В результате проведенного расчета были определены геометрические параметры проточной части турбины, также были определены термодинамические параметры цикла и построены треугольники скоростей.