Томск 2013

Индивидуальное домашнее задание

Проектирование ступени турбины

Вариант №

 

 

Исполнитель Иванов И.И.

студент гр. 5АМ12

 

 

Руководитель Галашов Н.Н.

 

Томск 2013

 

 

По заданным исходным данным определить давления на выходе ступени Р₂ и сопловой решетки Р₁ , теплоперепады, геометрические и скоростные характеристики сопловой и рабочей решёток ступени, потери в решётках и КПД на лопатках, дополнительные потери и внутренний относительный КПД, мощность ступени. Построить в масштабе совмещённые треугольники скоростей.

 

Исходные данные:

 

1. Расход пара G, кг/с.

2. Давление на входе P₀, МПа.

3. Температура на входе t₀, ⁰C или степень сухости х ₀.

4. Скорость пара на входе С₀, м/с.

5. Средний диаметр ступени d_ср, м.

6. Частота вращения ротора f, с^-1.

7. Степень реактивности ступени .

8. Угол на выходе из сопловой решётки , град.

Процесс расширения пара в ступени в h,s – диаграмме

 

По заданным значениям давления P₀ и температуре t₀ (х ₀) при помощи таблиц [1] или по программе на ЭВМ определяем:

 

Определяем энтальпию торможения

, кДж/кг.

По полученным значениям и с помощью таблиц или ЭВМ определяем:

м³/кг;

, ⁰С.

Находим окружную скорость на среднем диаметре ступени

.

Принимаем скоростной коэффициент сопловой решетки =0,97.

Определяем отношение из условия получения максимального КПД

,

откуда по U и находим .

Определяем располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения

, кДж/кг.

Энтальпия за ступенью в теоретическом процессе

, кДж/кг.

По полученным значениям и по таблицам или ЭВМ определяем:

.

Располагаемый теплоперепад сопловой решетки

, кДж/кг.

Располагаемый теплоперепад рабочей решетки

, кДж/кг.

Теоретическая скорость на выходе из сопловой решётки

, м/с.

Энтальпия за сопловой решеткой в теоретическом процессе:

.

 

По полученным значениям и по таблицам или ЭВМ определяем:

.

Определяем отношения и сравниваем с e_кр (e_кр = 0,546 для перегретого пара; e_кр = 0,577 для влажного пара). Если e₁ < e_кр, то режим сверхкритический.

Если режим истечения сверхкритический, то определяем , МПа; , м/с; угол выхода из сопел с учетом отклонения в косом срезе a₁ + d = arcsin .

Принимаем m ₁ = 0,98.

Определяем высоту сопловой лопатки:

, где е = 1 – степень парциальности ступени.

Принимаем хорду профиля b ₁ = 0,04–0,12 м, и по отношению b ₁ /l ₁ определяем по графику (рис.1) m ₁ и уточняем .

Рис.1. Коэффициент расхода для перегретого пара m и поправка на влажность

 

Рис.2. Коэффициенты скорости для сопловых и рабочих решеток

 

Находим по графику (рис.2) коэффициент скорости сопловой решётки .

Определяем действительную скорость на выходе из сопловой решетки

.

Находим потери в сопловой решётке

.

Определим относительные потери в сопловой решетке:

.

Определим угол на входе в рабочую решётку

Рассчитаем действительную относительную скорость пара на входе в рабочую решётку

.

Энтальпия в действительной точке за сопловой решеткой

.

По найденным P₁ и h₁ находим:

, кДж/(кг×К);

.

Энтальпия торможения перед рабочей решеткой

, кДж/кг.

По полученным значениям и определяем:

.

По P ₂ и S ₁ по таблицам или на ЭВМ находим:

, кДж/кг.

.

.

Располагаемый теплоперепад рабочей решетки:

, кДж/кг.

Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решётки:

.

Определим высоту рабочей решетки на выходе с учетом перекрыш

l₂ = l₁ + (0.004–0.01), м.

Принимаем хорду профиля рабочей решётки b ₂ = 0,03–0,07 м, и по отношению b ₂ /l ₂ определяем по графику (рис.1) m ₂ и уточняем l₂.

Находим угол на выходе из рабочей решётки:

, откуда .

Находим Db = 180 – b₁ – b₂.

Определим из графика (рис.2) коэффициент скорости рабочей решётки .

Действительная относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки:

.

Потери энергии в рабочей решётке

.

Действительная абсолютная скорость на выходе из рабочей решётки

Определяем угол :

Потери энергии с выходной скоростью

.

Относительный КПД на лопатках через потери

.

Относительный КПД на лопатках через скорости

.

Погрешность расчета КПД

,%.

Если >2% значит, при расчете потерь или скоростей есть ошибка.

Внутренний относительный КПД:

где , , = 0,625×10^-3;

,

где

– утечки через диафрагменное и надбандажное уплотнения,

,

где в Па, и – коэффициент расхода уплотнения определяем по графику (рис.3), если уплотнение лабиринтового типа = 1; – площадь зазора диафрагменного уплотнения, = 0,5–0,6 м – диаметр уплотнения; D = 2–3 мм – толщина гребня; = 0,5 мм – ширина зазора уплотнения; Z₁ = 3–6 число гребней в диафрагменном уплотнении; e₁ = Р₁/

,

– площадь зазора надбандажного уплотнения; Z₂ = 2–3 число гребней в надбандажном уплотнении; e₂ = Р₂/ .

 

Рис.3. Коэффициент расхода уплотнений m_у и коэффициент k_у

 

,

где х _ср = (х ₀ + х ₂)/2 – средняя степень сухости в ступени; х ₀ и х ₂ – степень сухости на входе и выходе ступени, где х ₀ из задания, х ₂ = х _2t’.

 

Внутренний теплоперепад ступени

.

Внутренняя мощность ступени

.

 

 

Рис. 5. Совмещённые треугольники скоростей

Масштаб: 1см – 25м/с

 

Вывод: В ходе проделанной работы спроектирована ступень турбины. Определены геометрические размеры, КПД и мощность ступени.

 

1. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: Издательство МЭИ. 2003. – 168 с.