Расчет камеры сгорания ГПА-10 Волна. Мясоедов. 5В8Б. Расчёт ГПА. Курсовой проект. Тепловой расчёт газотурбинной установки для агрегата гпа10 Волна
 Скачать 5.77 Mb.
|
4. Расчёт газовой турбины4.1. Расчёт турбины высокого давленияПоскольку турбина высокого давления (ТВД) проектируется для привода компрессора высокого давления (КВД), частота вращения ротора установки принимается равной 80 с–1 (см. пункт 3.2, с. 32). Таблица 4 – Рекомендуемые параметры при расчёте турбины [4]
Температура заторможенного потока перед турбиной [4]: где – температура газа перед турбиной; – скорость газа во входном патрубке; – истинная удельная теплоемкость воздуха при температуре . Температура перед первой ступенью турбины [4]: 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 табл. 4. Теплоперепад турбины по параметрам торможения [4]: где – показатель изоэнтропы газа перед турбиной [4]: Давление торможения за турбиной [4]: где – давление торможения перед турбиной, принимаемое равным давлению торможения после компрессора высокого давления. Плотность газа перед турбиной по параметрам торможения определяется [4]: Потери давления торможения во входном патрубке вычисляются, приняв [4]: Давление торможения перед первой ступенью [4]: Определяется теоретическая и расчётная температуры газа за турбиной по параметрам торможения соответственно [4]: Вычисляется температура газов за последней ступенью [4]: Поскольку давление за последней ступенью мало отличается от давления за турбиной, определить плотность газа можно по формуле [4]: Определяется величина потерь полного давления в выходном патрубке [4]: Давление торможения за последней ступенью турбины [4]: Для определения числа ступеней турбины вычисляется располагаемый теплоперепад по параметрам перед первой и за последней ступенями [4]: где − отношение давлений в ступенях турбины. Диаметр корневых сечений dк определяется из условия обеспечения рекомендуемой окружной скорости uк (cм. табл. 4). Рассчитывается располагаемый теплоперепад одной ступени [4]: где – рекомендуемое отношение окружной скорости корневого сечения лопаток к условной скорости (см. табл. 4). Определяется число ступеней турбины (в прототипе – 2 ступени) [4]: Вычисляется коэффициент возврата тепла αm [4]: Уточняется теплоперепад одной ступени [4]: Расчёт первой ступени ТВД Из уравнения неразрывности определяется ориентировочное значение периферийного диаметра первой ступени турбины [4]: где – меридиональная составляющая скорости на входе в сопловой аппарат; τ0 – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в сопловой аппарат турбины (τ0 = 0,98) [4]. Высота направляющих лопаток на входе в первую ступень турбины [4]: Для определения высоты лопаток последней ступени назначают приемлемое отношение среднего диаметра к высоте лопаток для последней ступени , тогда [4]: Находится площадь проходного сечения последней ступени [4]: Меридиональная скорость за последней ступенью сzs определяется из уравнения неразрывности [4]: Рассчитывается теоретическая скорость за соплами первой ступени, соответствующая изоэнтропийному течению в сопловой решётке [4]: Меридиональная скорость определяется по формуле [4]: Определяется средний диаметр в сечении перед соплами первой ступени [4]: Вычисляется окружная проекция скорости в корневом сечении [4]: Определяется окружная проекция скорости на среднем диаметре [4]: Меридиональная проекция относительной скорости на среднем диаметре ω1sc равна меридиональной проекции абсолютной скорости потока на среднем диаметре с1sc, которая в соответствии с принятым законом распределения скоростей постоянна, т. е. равна с1sк [4]. Далее вычисляется окружная скорость uс, проекция относительной скорости на окружное направление ω1uc и относительная скорость на среднем диаметре ω1 [4]: Определяется расчётное и теоретическое значения абсолютной скорости на среднем диаметре [4]: Располагаемый теплоперепад в рабочей решетке находится по формуле [4]: Вычисляется степень реактивности [4]: Определятся распределение скоростей за рабочими лопатками ступени. Относительная скорость находится по формуле [4]: где ψ – коэффициент скорости для рабочих лопаток ступени, принимают по опытным данным, представленным в атласах профилей турбин, принимается равным 0,94 [4]. Меридиональная проекция скорости на среднем диаметре с2s принимается равной с1s [4]. Вычисляется выходной угол лопаток рабочего колеса β2с, проекция относительной скорости на окружное направление ω2uc, проекция абсолютной скорости на окружное направление c2us и угол выхода потока из ступени α2c [4]: Определяется расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа перед рабочими лопатками первой ступени [4]: Диаметр периферийного сечения находится из уравнения неразрывности [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в рабочее колесо, принимается равным 0,98 [4]. Определяются расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа за ступенью [4]: Вычисляется диаметр периферийного сечения на выходе из рабочих лопаток ступени [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на выходе из рабочего колеса, принимается равным 0,96 [4]. Принимается значение периферийного диаметра равным [4]: Тогда длина лопатки [4]: Средний диаметр [4]: Дальнейший расчет газовой турбины сводится в таблицу. Таблица 5 – Расчёт первой ступени ТВД [4]
Продолжение таблицы 5
Продолжение таблицы 5
Треугольники скоростей изображены в Приложении В. Определяется КПД ступени на расчётных диаметрах [4]: За КПД ступени допустимо принять среднеарифметическое значение КПД [4]: Определяется величина зазора между корпусом турбины и рабочими лопатками ступени [4]: где – относительная величина зазора. Влияние утечек оценивается по формуле [4]: Расчёт второй ступени ТВД Из уравнения неразрывности определяется ориентировочное значение периферийного диаметра второй ступени турбины [4]: где – меридиональная составляющая скорости на входе в сопловой аппарат; τ0 – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в сопловой аппарат турбины (τ0 = 0,98). Высота направляющих лопаток на входе во вторую ступень турбины [4]: Рассчитывается теоретическая скорость за соплами второй ступени, соответствующая изоэнтропийному течению в сопловой решётке [4]: Меридиональная скорость определяется по формуле [4]: Определяется средний диаметр в сечении перед соплами первой ступени [4]: Вычисляется окружная проекция скорости в корневом сечении [4]: Определяется окружная проекция скорости на среднем диаметре [4]: Далее вычисляется окружная скорость uс, проекция относительной скорости на окружное направление ω1uс и относительная скорость на среднем диаметре ω1 [4]: Определяется расчётное и теоретическое значения абсолютной скорости на среднем диаметре [4]: Располагаемый теплоперепад в рабочей решетке находится по формуле [4]: Вычисляется степень реактивности: Определятся распределение скоростей за рабочими лопатками ступени. Относительная скорость находится по формуле [4]: где ψ – коэффициент скорости для рабочих лопаток ступени, принимают по опытным данным, представленным в атласах профилей турбин, принимается равным 0,94 [4]. Вычисляется выходной угол лопаток рабочего колеса β2с, проекция относительной скорости на окружное направление ω2uc, проекция абсолютной скорости на окружное направление c2us и угол выхода потока из ступени α2c [4]: Определяется расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа перед рабочими лопатками третьей ступени [4]: Диаметр периферийного сечения находится из уравнения неразрывности [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в рабочее колесо, принимается равным 0,98 [4]. Определяются расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа за ступенью [4]: Вычисляется диаметр периферийного сечения на выходе из рабочих лопаток ступени [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на выходе из рабочего колеса, принимается равным 0,96 [4]. Принимается значение периферийного диаметра равным [4]: Тогда длина лопатки [4]: Средний диаметр [4]: Дальнейший расчет газовой турбины сводится в таблицу. Таблица 6 – Расчёт второй ступени ТВД [4]
Продолжение таблицы 6
Продолжение таблицы 6
Треугольники скоростей изображены в Приложении В. Определяется КПД ступени на расчётных диаметрах [4]: За КПД ступени допустимо принять среднеарифметическое значение КПД [4]: Определяется величина зазора между корпусом турбины и рабочими лопатками ступени [4]: где – относительная величина зазора. Влияние утечек оценивается по формуле [4]: Расчёт третьей ступени ТВД Из уравнения неразрывности определяется ориентировочное значение периферийного диаметра третьей ступени турбины [4]: где – меридиональная составляющая скорости на входе в сопловой аппарат; τ0 – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в сопловой аппарат турбины (τ0 = 0,98) [4]. Высота направляющих лопаток на входе в третью ступень турбины [4]: Рассчитывается теоретическая скорость за соплами третьей ступени, соответствующая изоэнтропийному течению в сопловой решётке [4]: Меридиональная скорость определяется по формуле [4]: Определяется средний диаметр в сечении перед соплами первой ступени [4]: Вычисляется окружная проекция скорости в корневом сечении [4]: Определяется окружная проекция скорости на среднем диаметре [4]: Далее вычисляется окружная скорость uс, проекция относительной скорости на окружное направление ω1uс и относительная скорость на среднем диаметре ω1 [4]: Определяется расчётное и теоретическое значения абсолютной скорости на среднем диаметре [4]: Располагаемый теплоперепад в рабочей решетке находится по формуле [4]: Вычисляется степень реактивности [4]: Определятся распределение скоростей за рабочими лопатками ступени. Относительная скорость находится по формуле [4]: где ψ – коэффициент скорости для рабочих лопаток ступени, принимают по опытным данным, представленным в атласах профилей турбин, принимается равным 0,94 [4]. Вычисляется выходной угол лопаток рабочего колеса β2с, проекция относительной скорости на окружное направление ω2uc, проекция абсолютной скорости на окружное направление c2us и угол выхода потока из ступени α2c [4]: Определяется расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа перед рабочими лопатками третьей ступени [4]: Диаметр периферийного сечения находится из уравнения неразрывности [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на входе в рабочее колесо, принимается равным 0,98 [4]. Определяются расчётная и теоретическая температура, давление и плотность газа за ступенью [4]: Вычисляется диаметр периферийного сечения на выходе из рабочих лопаток ступени [4]: где – коэффициент стеснения потока лопатками на выходе из рабочего колеса, принимается равным 0,96 [4]. Принимается значение периферийного диаметра равным [4]: Тогда длина лопатки [4]: Средний диаметр [4]: Дальнейший расчет газовой турбины сводится в таблицу. Таблица 7 – Расчёт третьей ступени ТВД [4]
Продолжение таблицы 7
Продолжение таблицы 7
Треугольники скоростей изображены в Приложении В. Определяется КПД ступени на расчётных диаметрах [4]: За КПД ступени допустимо принять среднеарифметическое значение КПД [4]: Определяется величина зазора между корпусом турбины и рабочими лопатками ступени [4]: где – относительная величина зазора. Влияние утечек оценивается по формуле [4]: Выполнив расчёт турбины высокого давления, было получено число ступеней, равное 3, что на одну больше, чем у прототипа. Это связано с большей степенью сжатия и, как следствие, большими начальными параметрами. Также были рассчитаны диаметры каждой ступени: первая ступень – , , ; вторая ступень – , , ; , третья ступень – , . Длины лопаток составили , , для каждой ступени соответственно. КПД каждой ступени составляет практически 88%. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||