асчет рабочей решетки регулирующей ступени

Наиме нование

единицы измерения

Примечание

направляющие

2.3.1. Расчет двухвенечной регулирующей ступени

2.3.1.1 Степень реакции, принятую ранее (2.2.1.1), следует распределить по венцам

ρ = ρ¹+ ρ^н+ ρ²,

где ρ¹– степень реакции первого венца рабочих лопаток;

ρ^н – степень реакции направляющей решетки;

ρ² – степень реакции второго венца рабочих лопаток.

Отношение между степенью реакции на лопатках можно рекомендовать

ρ^н= (2 2,5)∙ ρ¹; ρ² = 1,5 ∙ ρ¹,

где ρ¹ принято за единицу, например ρ¹ = 2%,соответственно в долях ρ¹ = 0,02.

2.3.1.2 Тепловой перепад, используемый в соплах (h₀₁^рс), откладывается от точки согласно рисунку 2.6.

2.3.1.3 Тепловой перепад, используемый на лопатках, откладывается согласно распределению степени реакции по лопаточному аппарату ступени

h₀₂^pc = ρ¹∙ h₀^pc + ρ²∙ h₀^pc + ρ²∙ h₀^pc = h₀₂¹ + h₀₂^н + h₀₂².

Для построения процесса расширения пара в is-диаграмме через концы отрезков h₀₂¹, h₀₂^н, h₀₂²проводят изобары P , P , P согласно рисунку 2.6.

2.3.1.4 Чтобы выбрать типы лопаточных решеток необходимо построить треугольники скоростей для потока пара регулирующей ступени и определить все их элементы. Это построение позволит также определить потери в лопаточном аппарате, относительный лопаточный КПД, шаг и количество лопаток.

2.3.1.5 Входной треугольник скоростей первого венца строится по углу α₁, скоростям С₁ и U согласно рисунку 2.7 в масштабе 1 мм=5

м/с.

Абсолютная скорость пара на выходе из сопловой решетки, м/с,

С₁ = С₁_t∙φ,

где С₁_t – теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки при изоэнтропном расширении, м/с;

α₁– выходной угол сопла;

φ – коэффициент скорости сопловой решетки.

2.3.1.6 Графически из входного треугольника скоростей определяем величину относительной скорости на входе в рабочую решетку первого венца ω₁ и угол β₁ согласно рисунку 2.7 и проверяем по формулам

Рисунок 2.6 – Процесс расширения пара на рабочих лопатках двухвенечной регулирующей ступени

2.3.1.7 Для выходного треугольника скоростей определяем угол β₂ на выходе из рабочей решетки первого венца

где выходная площадь первой рабочей решетки, м²,

где G – расход пара на турбину, кг/с;

V₂_t¹ – удельный объем пара за рабочей решеткой первого венца, м³/кг. Определяется в результате построения процесса расширения пара в is- диаграмме, которое производится следующим образом: от конца теплового перепада в соплах согласно рисунку 2.6 (точка а) вверх откладывается величина потерь в соплах , через точку b проводится линия энтальпии – константа до пересечения с изобарой (точка c). Затем находим давление за рабочей решеткой первого венца, оно соответствует изобаре согласно пункту 2.3.1.3. Опуская изоэнтропу из точки с до пересечения с , получаем точку d. Значения берем по изохоре, проходящей через точку d;

l₂¹ – выходная высота рабочей решетки первого венца, мм.

Часто проточную часть регулирующей ступени скорости выполняют с отношениями высот лопаток

В турбинах Р-25-90 (ВР-25-18 и ВР-25-31) ХТГЗ отношения высот лопаток регулирующей ступени

В регулирующей двухвенечной ступени скорость турбины К-50-90 ЛМЗ и ей подобных высоты лопаток находятся в соотношении

где – высота сопловой решетки, мм;

- высота рабочей решетки второго венца, мм;

- высота рабочей решетки первого венца, мм;

- высота направляющей решетки, мм;

μ₂¹ – коэффициент расхода в рабочей сопловой решетке первого венца определяется согласно рисунку 2.5 в зависимости от степени реакции и состояния пара;

- теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решетки первого венца, м/с,

2.3.1.8 Действительная относительная скорости на выходе из рабочей решетки первого венца, м/с,

ω₂ = ψ₁∙ω₂_t,

где ψ₁ – скоростной коэффициент для активных решеток определяется в зависимости от и величины углов β₁ и β₂ по рисунку 2.8.

По определенным ω₂ и β₂ строится выходной треугольник скоростей для рабочей решетки первого венца.

2.3.1.9 Определяем число Маха для рабочей решетки первого венца

где - скорость звука при изоэнтропном процессе на выходе из рабочей решетки первого венца

где - показатель изоэнтропы =1,3 (для перегретого пара).

По полученным данным выбираем рабочую решетку первого венца по приложению Г.

2.3.1.10 Из выходного треугольника скоростей определяются абсолютная скорость выхода пара С₂ и угол выхода потока в абсолютном движении α₂ графически и проверяются по формулам

2.3.1.11 Определяем потери тепла в рабочей решетке первого венца, кДж/кг,

Рисунок 2.7 – Треугольник скоростей для потока пара в регулирующей ступени

2.3.1.12.Входной треугольник скоростей второго венца строится по углу , скоростям и окружной U согласно рисунку 2.7.

Теоретическая скорость на выходе из направляющей решетки, м/с,

Действительная скорость на выходе из направляющей решетки, м/с,

Скоростной коэффициент ψ_н принимается по графику согласно рисунку 2.8 в зависимости от l₂^н и α₂/ α₁^/.

Угол выхода потока пара из направляющей решетки α₁^/ определяется

где - выходная высота направляющей решетки согласно пункту.

2.3.1.7. Выходная площадь поворотной решетки, м²,

где V₂_t^н – удельный объем за направляющей решеткой в теоретическом процессе согласно рисунку 2.6. V₂_t^н определяется после следующих операций по построению процесса расширения пара: отложение потерь в рабочей решетке первого венца Δh₂¹ от точки “d” до точки “f”, проведение через точку “f” линии энтальпии – константа до пересечения с изобарой Р в точке “n”. Из точки “n” по изоэнтропе строим линию до пересечения с изобарой (давлением за направляющей решеткой) согласно пункта 2.3.1.3,получаем точку “m”. Изохора, проходящая через точку “m”, является V₂_t^н-удельным объемом за направляющей решеткой;

- коэффициент расхода направляющей решетки, определяется по рисунку 2.5 в зависимости от степени реакции и состояния пара;

- выходная высота направляющей решетки, выбирается согласно пункту 2.3.1.7.

2.3.1.13 Найдем число Маха для направляющей решетки

где -скорость звука при изоэнтропийном процессе на выходе из направляющей решетки, м/с,

где k=1,3 (показатель изоэнтропы).

- d/l₁>10; ------- -d/l₁<4

Рисунок 2.8-Коэффициент скорости для рабочих решеток в зависимости от b/l и угла поворота потока в решетке

2.3.1.14 По найденным параметрам выбираем направляющую решетку.

2.3.1.15 Определяем величину потери тепла в направляющей решетке, кДж/кг,

Величина потери откладывается по изоэнтропе от точки “m” вверх и через конец отрезка Δh₂^н – точку ‘k” проводится линия энтальпии в действительном процессе за направляющей решеткой до пересечения с изобарой, соответствующей давлению за направляющей решеткой Р . Точка пересечения - P, является точкой начала процесса в рабочей решетке второго венца. Отрезок PJ соответствует располагаемому перепаду на решетке второго венца h₀₂^н.

2.3.1.16 Из входного треугольника скоростей второго венца определяется относительная скорость и входной угол , графически и проверяются по формулам

2.3.1.17 Для входного треугольника скоростей второго венца определяется скорость пара на выходе из рабочей решетки и угол

Выходная площадь рабочей решетки второго венца, м²,

где G – расход пара на турбину, кг/с;

V₂_t² – определяется по построению процесса в is – диаграмме (точка “J”) согласно рисунку 2.6;

– коэффициент расхода рабочей решетки второго венца,

определяется в зависимости от степени реакции ρ² и состояния пара согласно рисунку 2.5;

l₂² – выходная высота рабочей решетки второго венца (выбирается согласно пункту 2.3.1.7), мм;

₂_t^/– теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки второго венца в относительном движении, м/с,

где ρ² – степень реакции второго венца рабочих лопаток;

h₀^рс – располагаемый тепловой перепад регулирующей ступени.

Действительная скорость пара на выходе из рабочей решетки второго венца, м/с,

где ψ₂ – скоростной коэффициент, определяется по рисунку 2.8.

2.3.1.19 По определенным и строится выходной

треугольник скоростей второго венца. Найдем число Маха для рабочей решетки второго венца

где - скорость звука при изоэнтропном процессе на выходе из рабочей решетки второго венца

2.3.1.20 По найденным параметрам выбираем тип рабочей решетки второго венца.

2.3.1.21 Потери тепла в рабочей решетке второго венца, кДж/кг,

Величина потери Δh₂² откладывается по изоэнтропе от точки ‘J’ вверх и через конец отрезка Δh₂²^-точку “q” проводится линия энтальпии в действительном процессе за рабочей решеткой второго венца до пересечения с изобарой Р₂^рс. Точка z - точка конца процесса во втором венце с учетом потерь согласно рисунку 2.6.

2.3.1.22 Из выходного треугольника скоростей второго венца определяются абсолютная выходная скорость С₂^/ и угол выхода α₂^/ графически, а затем проверяются по формулам

tgα₂^/ = ,

Для обеспечения высокой экономичности ступени желательно получить угол .

2.3.1.23 Определяем потери тепла с выходной скоростью, кДж/кг,

Δh_в.с. = .

2.3.1.24 Выбор профилей лопаточных решеток производен выше по известным углам β₁ и β₂, α₂ и α₁^/, β₁^/ и β₂^/и числам Маха. Типовые ступени скорости приведены в приложении Г.

2.3.1.25 По относительным шагам решеток t_оптопределяются действительные шаги t, мм,

а/ сопловой решетки t_с = b_c∙t^с_опт;

б/ рабочей решетки первого венца t¹ = b₁∙t¹_опт;

в/ направляющей решетки t^н = b^н∙t^н_опт;

г/ рабочей решетки второго венца t² = b₂∙t²_опт.

где b_c, b₁, b^н, b₂ - хорды выбранного профиля соответствующей решетки, мм.

2.3.1.26 Количество лопаток для решеток турбины

а) сопловой решетки

б) рабочей решетки первого венца

в) направляющей решетки

г) рабочей решетки второго венца

Полученные значения количества лопаток округляем до ближайшего целого числа.

2.3.1.27 Относительный лопаточный КПД ступени:

а/ по потерям тепла

б/ по проекциям скоростей

Если тепловой расчет ступени выполнен правильно, то величины КПД, вычисленные по данным формулам, должны иметь расхождение не более 1-2 % (0,01 - 0,02).

2.3.1.28 Определяем потери тепла на трение и вентиляцию, кДж/кг,

где N - мощность, затраченная на трение и вентиляцию, кВт.

где - коэффициент, зависящий от состояния пара (для насыщенного и влажного пара =1,2 1,3; для перегретого пара = 1,1 1,2);

V₁_t - удельный объем пара на выходе из сопла, м /кг;

_опт - степень парциальности при впуске пара;

G - расход пара на турбину, кг/с.

В is – диаграмме, откладывая потери тепла на трение и вентиляцию h и потери с выходной скоростью находим использованный теплоперепад на регулирующую ступень. Согласно рисунку 2.6. равны отрезку zх, - отрезку уz;точка "0" - точка конца процесса в ступени.

Расчет двухвенечной ступени сводится в таблицу 2.2.

Талица 2.2 – Сводная таблица расчета двухвенечной ступени скорости