Расчет камеры сгорания ГПА-10 Волна. Мясоедов. 5В8Б. Расчёт ГПА. Курсовой проект. Тепловой расчёт газотурбинной установки для агрегата гпа10 Волна
 Скачать 5.77 Mb.
|
4.3. Расчёт свободной силовой турбиныТемпература заторможенного потока перед турбиной [4]: где – температура газа перед ССТ, принимаемая равной температуре за ТНД T2 = 1076,9 К (пункт 4.2, с.86); – скорость газа во входном патрубке; – истинная удельная теплоемкость воздуха при температуре [4]. Температура перед первой ступенью турбины [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 турбины низкого 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: 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 ССТ 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. 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 11 – Расчёт первой ступени ССТ [4]
Продолжение таблицы 11
Продолжение таблицы 12
Треугольники скоростей изображены в Приложении Д. 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 ССТ 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) [4]. 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 [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 12 – Расчёт второй ступени ССТ [4]
Продолжение таблицы 12
Продолжение таблицы 12
Треугольники скоростей изображены в Приложении Д. 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 ССТ 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 13 – Расчёт третьей ступени ССТ [4]
Продолжение таблицы 12
Продолжение таблицы 13
Треугольники скоростей изображены в Приложении Д. 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 свободной силовой турбины, 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 81-82%. Согласно полученным размерам, был выполнен продольный разрез свободной силовой турбины. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||