ДЕТАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ НА СРЕДНЕМ ДИАМЕТРЕ

Расчет первой ступени турбины в нашем случае всей турбины высокого давления, так как =2 проводиться в следующей последовательности:

1. Окружная (теоретическая) работа ступени отличается от внутренней работы на величину потерь от утечек газа в радиальном зазоре и трения диска, которые составляют 1,5…3% от H_i

= 1,02∙H_i = 1,02 ×377002 = 384542 Дж/кг.

2. Статическое давление на выходе из ступени

3. Статическая температура на выходе из ступени

К.

4. Плотность газа за ступенью

кг/м³

5. Изоэнтропная работа расширения газа в сопловых решетках

6. Изоэнтропная абсолютная скорость газа, эквивалентная всему теплоперепаду ступени

м/с.

7. Изоэнтропная скорость газа на выходе из соплового аппарата

- изоэнтропная скорость.

8. Абсолютная скорость истечения газа из сопловых решеток в действительном процессе

м/с.

9. Приведенная скорость на выходе из соплового аппарата

При профилировании сопловых лопаток необходимо учесть расширение и поворот потока газа в косом срезе.

10. Статическое давление на выходе из соплового аппарата

11. Статическая температура на выходе из соплового аппарата

К.

12. Плотность газа в осевом зазоре за сопловыми лопатками

кг/м³.

13. Высота сопловых лопаток в выходном сечении первой ступени

м,

– угол на выходе из соплового аппарата.

В первых ступенях турбины высокого давления обычно = 14°…20°. Причем для увеличения высот лопаток (в современных ГТД из-за больших давлений газа высоты лопаток уменьшаются) следует выбирать пониженные значения = 14°…18°. В нашем примере принимаем = 18°.

14. Окружная и осевая составляющие абсолютной скорости газа С₁ на выходе из соплового аппарата

м/с

м/с

15. используя уравнение Эйлера можно определить окружную составляющую абсолютной скорости на выходе из ступени

м/с

16. Используя уравнение неразрывности и задаваясь соотношением лопатки (в нашем случае эта величина равна 1,06) можно определить осевую составляющую абсолютной скорости газа на выходе из ступени

м/с.

17. Определяется угол выхода газа из ступени

´

в высоконагруженных ступенях находится в пределах =65…85º

18. Абсолютная скорость газа на выходе из ступени

м/с.

19. Новое значение выходных потерь, соответствующее скорости , при которой обеспечивается потребная окружная работа

20. Вновь определяется изоэнтропный теплоперепад по статическим параметрам в ступени

21. Статическое давление на выходе из ступени

22. Статическая температура на выходе из ступени

К.

23. Плотность газа за ступенью

24. Изоэнтропная работа расширения газа в сопловых решетках

.

25. Изоэнтропная скорость, эквивалентная тепловому перепаду ступени

м/с.

26. Изоэнтропная скорость на выходе из соплового аппарата ступени

м/с,

м/с.

27. Приведенная скорость на выходе из соплового аппарата

28. Статическое давление за сопловым аппаратом

29. Статическая температура за сопловым аппаратом

К.

30. Плотность газа в осевом зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом (уточненное значение)

31. Высота сопловых лопаток на выходе из ступени

м.

32. Окружная и осевая составляющая абсолютной скорости газа на выходе из соплового аппарата (уточненное значение)

м/с,

м/с.

33. Уточненное значение окружной работы ступени

34. Сравниваем значения . Если сходимость результатов составляет 1,5…2 %, то расчет продолжается с использованием уточненных значений параметров. В случае невыполнения этого условия снова возвращаемся к пункту 20 и повторяем расчет до тех пор, пока расхождение вновь полученного результата с предыдущим не достигнет заданного диапазона.

В нашем случае расхождение между и составляет 1,0635 %, что даже меньше указанного диапазона и позволяет продолжить расчет.

35. Относительная скорость газа на входе в рабочие лопатки

36. Температура заторможенного потока газа в относительном движении на выходе в рабочие лопатки

К.

37. Приведенная скорость газа на входе в рабочие лопатки

38. Угол входа газа на рабочие лопатки

39. Относительная скорость газа на выходе из рабочих лопаток

м/с.

40. Приведенная скорость газа на выходе из рабочих лопаток

При > 1 необходимо определить угол отклонения потока в косом срезе каналов рабочих лопаток и в дальнейшем учитывать это явление при профилировании лопаток [1].

41. Изоэнтропная относительная скорость газа на выходе из рабочих лопаток

м/с,

где - скоростной коэффициент охлаждаемых рабочих лопаток;

- скоростной коэффициент неохлаждаемых рабочих лопаток; при выпуске воздуха через перфорации на профиле потери на охлаждение составляют . В нашем расчете: = 0,961; = 0,97; = 0,009.

42. Угол выхода газа из рабочих лопаток

43. Далее следует построить планы скоростей ступени турбины.

44. Определяется действительное значение полного давления на выходе из ступени на основе параметров, полученных в предыдущих расчетах, и с учетом потерь давления в сопловых и рабочих лопатках, а также с учетом снижения температуры газа в относительном движении.

а) коэффициент сохранения полного давления в каналах сопловых лопаток

б) коэффициент снижения температуры в относительном движении на входе в рабочие лопатки;

где - приведенная окружная скорость газа.

в) коэффициент сохранения давления в каналах рабочих лопаток;

г) коэффициент снижения температуры газа в абсолютном движении за рабочими лопатками;

45. Потеря от утечки газа через радиальный зазор.

Дж/кг,

где м.

= 0,006…0,01 м – осевой зазор между бандажной полкой и корпусом турбины, принимаем = 0,01 м;

и - коэффициенты расхода в зазорах осевых и радиальных соответственно ( ≈ 0,5; ≈ 0,8);

= 2…4 – число лабиринтных гребешков, принимаем = 3;

=0,0004…0,0008 м – радиальный зазор между гребешками и корпусом (в рабочем состоянии), принимаем =0,0006 м. В авиационных ГТД радиальный зазор значительно меньше осевого, по этому можно принять

, м.

- вспомогательный экспериментальный коэффициент, который зависит от степени реактивности на среднем диаметре и учитывает потери на утечку через радиальный зазор. Для определения можно воспользоваться вспомогательным графиком (см. рис). В нашем примере и

Рис. Вспомогательный график для подсчета

потерь на утечку через радиальный зазор.

46. Внутренняя работа

47. Определяется окончательное значение внутреннего кпд ступени

или = 59,9 %

где , - внутренний и наружный радиусы проточной части колеса турбины;

в 1,5…2 раза меньше, чем .

В нашем примере полагаем = 0,0067 R_г.пер=0,0034

4.Расчет закрутки потока первой ступени турбины.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

(на среднеи диаметре)

1 Окружная скорость (м/с) - 387.8

2 Абсолютная скорость на входе в РК (м/с) - 810.7

3 Абсолютная скорость на выходе из РК (м/с) - 375.6

4 Угол выхода потока из сопловых лопаток - 18.0

5 Угол выхода потока из рабочих лопаток - 40.9

6 Степень реактивности - 0.20

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

-------------------------------------------------------------------------------

Сечения | Корневое | Среднее | Периферийное |

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Радиус (мм) | 292.0| 325.0| 361.0|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Абс. скор. на входе в РК (м/c) | 894.0| 810.7| 737.9|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Осевая сост. этой скорости (м/с) | 250.4| 250.4| 250.4|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Окружная сост. этой скорости (м/с)| 858.2| 771.1| 694.2|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Отн. скор. на входе в РК (м/c) | 568.0| 457.8| 363.4|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Угол выхода потока из СА | 16.3| 18.0| 19.8|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Угол натекания на РЛ | 153.8| 146.8| 136.4|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Абс. скор. на выходе из РК (м/c) | 400.4| 375.6| 354.7|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Осевая сост. этой скорости (м/с) | 245.8| 245.8| 245.8|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Окружная сост. этой скорости (м/с)| 316.1| 284.0| 255.7|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Отн. скор. на выходе из РК (м/c) | 247.9| 266.8| 301.8|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Угол вых. потока из РК в абс.движ.| 37.9| 40.9| 43.9|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Угол вых. потока из РК в отн.движ.| 82.5| 67.1| 54.6|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Окружная скорость | 348.4| 387.8| 430.8|

----------------------------------|--------------|--------------|--------------|

Степень реактивности | 0.03| 0.20| 0.34|

-------------------------------------------------------------------------------

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: