Выбор числа ступеней турбины низкого давления.

Формы меридионального сечения газовых турбин разнообразны (см. рис. 3).

Исходным вариантом расчета при определении количества ступеней ТНД является схема проточной части с постоянным средним диаметром = (см. рис. 3, а).

Однако при наличии прототипа с иной формой проточной части, = const (рис. 3, б) или = const (рис. 3, в) за исходный диаметр, характеризующей схему проточной части принимается соответствующий диаметр на выходе из ТВД. Другими словами = , = .

Окружная скорость на среднем диаметре ТНД

= 3,14 ×0,762 × 131,77 = 315,34м/с.

Далее определяется и аналогично, как и в расчете ТВД.

Скорость, эквивалентная изоэнтропному теплоперепаду ТНД

= = = 622,71 м/с.

Теплоперепад по статическим параметрам ТНД

= 154226,13 +39655,35= 193881,21 Дж/кг.

Приведенная скорость за турбиной обычно выбирается в пределах = 0,45…0,50. Тогда скорость на выходе из ТНД

= = 0,5 м/с.

здесь = 954,5 К- температура торможения на выходе из ТНД определена в разделе 3.4.

Потери на выходе из ТНД

= Дж/кг.

Задаемся параметром Парсонса для многоступенчатой ТНД.

Оптимальное его значение лежит в пределах = 0,52…0,56, принимаем = 0,52.

Определяем число ступеней ТНД при постоянном среднем диаметре

Величина округляется до целого числа. Причем округление следует осуществлять до меньшего целого числа ступеней, варьируя диапазоном . В настоящем примере принимаем = 1.

В случае дальнейшего изменения числа ступеней ТНД в сторону уменьшения (при несоответствии статистическим данным, данным прототипа и др.) следует изменить форму проточной части в сторону увеличения среднего диаметра последней ступени ТНД. Предпочтительной может оказаться форма проточной части, в которой в отличие от формы = const (), представленной на рис.1 углы наклона образующих различны > . Причем угол £ 15…20°.

В этих вариантах, средний диаметр на входе в ТНД равен ,а на выходе из неё превышает данное значение ( > ).

Следует отметить, что формы проточной части ТНД с » const и > часто встречаются в современных ГТД.

Для окончательно выбора формы проточной части проводим оценку напряжений в корневом сечении лопаток последней ступени ТНД.

Суммарные напряжения , включающие наряду с напряжениями от центробежных сил изгибные напряжения от газовых сил , рассчитываются по зависимости ( = + ), либо по формуле

,

где = 8400 кг/м³ плотность жаропрочных материалов (ЖС6К, ЭИ929, ЭИ437 и др.); Ф = 0,45…0,55 коэффициент формы рабочих лопаток (формпараметр); принимаем Ф = 0,5;

- площадь кольцевого сечения на выходе из ТНД

м².

Для определения необходимо знать параметры на выходе из ТНД:

плотность газа

кг/м³;

статическое давление

статическую температуру

К,

где - внутренний теплоперепад всей турбины газогенератора ГТД;

угол на выходе газа из турбины , принимаем .

Для оценки работоспособности рассматриваемых лопаток необходимо определить коэффициент запаса прочности

,

где - предел длительной прочности, определяемый по температуре лопаток Т_л в рабочем состоянии и заданного ресурса t = 100, 200, 500, 1000 и т.д. часов. Величина Т_л зависит от температуры торможения газа в корневом сечении лопаток в относительном движении , которая определяется

=

= 1300 - = 1017,59 К

тогда Т_л 0,95 ∙ = 0,95∙1017,59 = 966,711 К

В рассматриваемом примере предел длительной прочности материала ЖСК-6 при температуре 966,711 К и t = 1000 часов составляет Па.

Коэффициент запаса прочности должен быть не менее К=1,5…2,0

В нашем случае полученное значение К = 1,902 лежит в указанном пределе, следовательно лопатки последней ступени ТНД удовлетворяют условиям требуемой прочности.

Кроме того, определяется высота лопаток (рабочих) ТНД в выходном сечении

и отношение

Величина должна быть больше 3,0…3,5. В случае < 3,0, то следует увеличить ранее выбранное значение .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: