Водяного пара в решетках турбинной ступени

Рис. 8.4. Схема отклонения потока в косом срезе сопловой решетки

14. Если давление за сопловой решеткой р₁<р_*, то необходимо в расчетах учесть эффект расширения потока в ее косом срезе (рис. 8.4). В этом случае расширение водяного пара будет происходить так же, как при критическом режиме (М_1t=1), а изобара критического давления р_* совпадает с линией АС минимального сечения решетки. В косом срезе решетки (треугольник АВС) в системе волн разрежения давление среды уменьшается до р₁, а угол вектора скорости с₁ отклоняется от a_1Э дополнительно на угол d, т.е. a₁=a_1Э+d. Определение этих углов осуществляется по следующим формулам (соответственно для сопловой и рабочей решеток):

; (8.2)

. (8.3)

15. Высота сопловых лопаток в выходном сечении решетки определяется по формуле, учитывающей влияние степени парциальности ступени е:

. (8.4)

Для парциальной ступени оценивается оптимальное значение степени парциальности

е_опт =4…6 (см. раздел 7.2) и принимается решение о выборе значения е для проектируемой ступени. Тогда высота сопловых лопаток l₁=el₁/e. Если речь идет о расчете промежуточных ступеней, то е=1. Здесь же подсчитывается относительная высота сопловой решетки .

16. По известным значениям углов a₀, a_1Э, числа М_1t выбирается (табл. 6.1) тип сопловой решетки {С-a₀-a_1Э (А,Б,В или Р)} и по ее характеристикам (рис. 6.8,а) определяется угол a_у и относительный шаг (табл. 6.1). Значение относительного шага уточняется из условия, чтобы число лопаток в решетке z₁=pde/(b₁ ) было целым и четным.

17. По аэродинамическим характеристикам выбранной сопловой решетки определяются коэффициент потерь z_с¹, поправочные коэффициенты k₁, k₂, k₃ и вычисляется значение z_с=k₁k₂k₃z_с¹. Это значение оценивает эффективность, как правило, плоских решеток. Для более точной оценки коэффициентов потерь как сопловых, так и рабочих кольцевых решеток используются выражения, представленные в табл.2.2 книги: Щегляев А.В. Паровые турбины. 6-е изд. Стр.154-155.

18. Далее осуществляется оценка коэффициента скорости и сравнение его с значением в соответствии с п.5. Расхождение не должно превышать 1% относительных отклонений. Если расхождение велико, то принимается новое значение j и расчет повторяется вновь (это в том случае, если ступень рассчитывается исходя из оптимума u/с_ф.).

19. Вычисляется действительное значение абсолютной скорости с₁=jс_1t. Угол a₁ вектора скорости с₁ определяется по следующим формулам:

- для дозвуковых скоростей ; (8.5)

- для сверхзвуковых скоростей . (8.6)

Здесь приведенный расход q₁=f(р₁/ ) или q₁=f(М_1t) находится из таблиц

газодинамических функций. В первом приближении можно принять a₁=a_1Э.

20. По методике, представленной ранее в разделе 4.5, рассчитывается входной треугольник скоростей, который строится в масштабе и на основе которого анализируется кинематика потока перед рабочей решеткой (рис. 4.7).

Рис. 4.7 (повтор). Треугольники скоростей для турбинной ступени осевого типа

21. Рабочие решетки выполняют с перекрышей (с превышением по высоте относительно высоты сопловой решетки), значение которой Dl=Dl_пер+Dl_кор. Обычно у корня принимают значение перекрыши Dl_кор=0…1,5 мм, а у периферии ступени Dl_пер=1,5…2,5 мм. Тогда высота лопаток рабочей решетки l₂ = l₁ + Dl.

22. Состояние пара перед рабочей решеткой определяется энтальпией h₁=h_1t+DH_c, где абсолютные потери в сопловой решетке .

23. Значение энтальпии h_2t=h₁-H_ор позволяет для условий изоэнтропийного расширения пара в рабочей решетке определить по h,s- диаграмме давление р₂ за ступенью и удельный объем v_2t (рис. 7.11, см. стр.4 этой лекции).

24. Относительная скорость потока на выходе из рабочей решетки в условиях изоэнтропийного расширения в ней позволяет оценить число М_2t=w_2t/а_2t, где скорость звука а_2t= .

25. По аналогии с п.12 для дозвукового режима (М_2t<1) площадь горловых сечений F₂сопловой решетки определяется из уравнения , где коэффициент расхода m₂ оценивается по (6.4) или на основе данных рис. 6.6 (оценку значения относительной хорды профиля b₂/l₂ можно провести по значениям b₂=25-35 мм, в типовом расчете b₂ задана).

26. Если число М_2t³1, то следует принять рекомендации, представленные в пп.13-14, с учетом того, что критическое отношение давлений (рис. 8.4). Здесь давление полного торможения перед рабочей решеткой находится с помощью h,s- диаграммы с учетом энергии входной скорости 0,5w₁² в относительном движении.

27. Далее определяется эффективный угол выхода для рабочей решетки , где средний диаметр d₂ вычисляется с учетом принятого ранее значения перекрыши Dl.

28. По известным значениям углов b₁, b_2Э, числа М_2t выбирается тип рабочей решетки {Р-b₁-b_2Э (А,Б,В или Р)} (табл. 6.1) и по ее аэродинамическим характеристикам (рис. 6.8,б) определяются угол установки b_у и относительный шаг . Значение относительного шага уточняется из условия, чтобы число лопаток в решетке z₂=pd₂/(b₂ ) было целым.

29. По аналогии с рекомендациями п.17 определяют значение коэффициента потерь рабочей решетки z_р и далее вычисляется коэффициент скорости . Для проверки по формуле (6.5) также определяется ψ. Расхождение должно быть не более 1 %.

30. Вычисляется действительное значение относительной скорости w₂=yw_2t. Угол b₂ вектора скорости w₂ определяется по следующим формулам:

- для дозвуковых скоростей ; (8.7)

- для сверхзвуковых скоростей , (8.8)

где приведенный расход q₂=f(р₂/ ) или q₂=f(М_2t) находится из таблиц

газодинамических функций.

31. По методике, представленной ранее в разделе 4.5, рассчитывается выходной треугольник скоростей, который строится в масштабе. На основе совмещенных треугольников скоростей анализируется кинематика потока в ступени.

32. После определения потерь в рабочей решетке DН_р=0,5w_2t²(1-y²) и потерь с выходной скоростью DН_вс=0,5с₂² вычисляется располагаемая энергия ступени Е₀= -c_всDН_вс.

33. Относительный лопаточный КПД турбинной ступени рассчитывается по балансу потерь {формула (5.8)} и с использованием проекций скоростей {формула (5.9)}. В пределах точности расчета оба значения h_ол должны совпадать.

34. При определении относительного внутреннего КПД ступени используются формулы (7.2-7.12) для вычисления дополнительных потерь, представленные в лекции №7.

35. Внутренняя мощность проектируемой ступени N_i=G . При этом считается, что G=G₁=G₂, т.е. массовые расходы пара в решетках ступени одинаковы.

36. Осуществляется проектирование ступени с выбором конструкций хвостовиков рабочих лопаток, бандажных лент и надбандажных уплотнений, а также диафрагменных уплотнений (рис. 8.5).

А) б)

в ) г)

Рис. 8.5. К проектированию турбинной ступени

а) конструкция рабочей лопатки с постоянным профилем по высоте; б) к выбору радиальных и осевых зазоров в турбинной ступени; в) конструкции бандажных лент; г) конструкции хвостовиков рабочих лопаток (без замка и с ним)