РефератыПромышленность, производствоРаРасчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

Расчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


«
Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров
»



Факультет промышленной энергетики


Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей


Курсовая работа


по дисциплине:


Тепловые двигатели и нагнетатели


Тема: «Расчет противодавленческой турбины


с двухвенечной регулирующей ступенью»


Вариант 33


Выполнила: Калиновская Анна, 444 группа.


Проверил: Коновалов Пётр Николаевич


Санкт-Петербург


2009


Введение


В настоящее время и в ближайшей перспективе большая часть электроэнергии будет вырабатываться тепловыми (ТЭС) и атомными (АЭС) электростанциями, основным из которых, преобразующими тепловую энергию в электрическую, является паровая турбина, связанная с электрическим генератором.


Паровые турбины, как наиболее экономичные тепловые двигатели, широко применяются как в большой энергетике, так и в энергетике многих отраслей промышленности.


Современная мощная энергетическая турбина-это сложнейшая машина, состоящая из десятков тысяч деталей. Многие из них работают в очень сложных условиях, подвергаясь воздействию разных, в том числе динамических, неустановившихся сил


Турбина вместе с электрогенератором - турбоагрегат-это только часть турбоустановки, включающей много различных аппаратов и машин. Сама же турбоустановка тесно связана с паропроизводящей частью электростанции – с котлом, парогенератором, ядерным реактором. Все эти аппараты и машины взаимозависимы.


Только правильная эксплуатация паровой турбины, всей турбоустановки, которая включает пуск, и нормальное обслуживание, и остановку, позволяет электростанции бесперебойно, согласно графику и указаниям диспетчерской службы энергосистемы вырабатывать электрическую и тепловую энергию, делать это надёжно для всех элементов электростанции и с наименьшим расходом топлива.


При выполнении курсового проекта преследуются следующие цели:


1) закрепление и углубление знаний, полученных при изучении теоретического курса;


2) приобретение навыков практического применения теоретических знаний при выполнении конкретной инженерной задачи - разработке эскизного проекта многоступенчатой паровой турбины;


3) привитие инженерных навыков при пользовании справочной литературы, атласами профилей решёток турбин, заводскими расчётами и чертежами;


4) использование вычислительной техники в практической работе.


Исходные данные
:


- Номинальная электрическая мощность Nэн
=18 МВт;


- Параметры острого пара: Ро
=3,2 МПа, to
=460°С;


- Абсолютная скорость пара на входе в турбину Со
=70 м/с;


- Давление пара за турбиной Рк
=1,15 МПа.


- Частота вращения ротора n0
=3000 об/мин.


Предварительный расчет теплового процесса турбины
:


1. Определяем располагаемый теплоперепад без учета потерь давления в стопорном и регулирующем клапанах, для чего строим адиабатный процесс расширения в h-s диаграмме и определяем конечные и начальные значения энтальпий:


Ho
=io
-iк
t
=3364-3064=300 кДж/кг.


2. Потери давления в стопорном и регулирующем клапанах принимаем: ΔРк
=0,04Ро
=0,128 МПа.


3. Давление пара перед сопловыми решетками регулирующей ступени:


МПа, °С.


4. Потери давления в выхлопном патрубке:


;


где Сп
– скорость пара за выходным патрубком;


λ – опытный коэффициент.


5. Давление пара за последней ступенью:


МПа.


6. Потери энергии в стопорном и регулирующем клапанах:



7. Потери энергии в выходном патрубке:



8. Располагаемый теплоперепад на проточную часть:



9. Располагаемый теплоперепад по затарможеным параметрам:



или



где-располагаемый теплоперепад по заторможенным параметрам в регулирующей ступени;


-располагаемый теплоперепад в нерегулируемой ступени.


10. Относительный внутренний КПД:


;


где ηое
-относительный эффективный КПД;


ηм
-механический КПД.


11. Использованный (внутренний) теплоперепад:


.


12. Относительный внутренний КПД проточной части турбины:


.


13. Откладываем величину Нi
от точки на изоэнтропе , и при энтальпии на пересечении с изобарами Рк
и Рz
, получаем точки Aк
и Az
, характеризующие состояние пара за выходным патрубком и за последней ступенью;


iz
=io
-Hi
=3364-228,3=3135,7 кДж/кг; υz
=0,2354 м3
/кг.


14. Секундный расход пара:


;


где ηг
– КПД генератора.


15. Предварительный тепловой процесс турбины:



Расчет регулирующей ступени
:


1. Примем hонс
=50 кДж/кг, тогда:


.


2. Фиктивная скорость в регулирующей ступени:


м/с.


3. Оптимальное отношение скоростей в регулирующей ступени:



где m=2,число венцов регулирующей ступени;


α1
– угол выхода потока пара из сопловой решетки, предварительно принимаем 14°; φ=0,96 - коэффициент скорости, зависит от скорости и характеристик сопла, принимаем; ρ = 0,1- степень реактивности ступени, принимаем;



4. Окружная скорость:


м/с.


5. Средний диаметр регулирующей ступени:


м.


6. Фиктивная скорость в нерегулируемой ступени:


м/с.


7. Оптимальное отношение скоростей в нерегулируемой ступени:



где α1
– угол выхода потока пара из сопловой решетки, принимаем 17°;


φ=0,96 - коэффициент скорости, принимаем;


ρ = 0,05 - степень реактивности ступени, принимаем;


.


8. Окружная скорость на среднем диаметре в нерегулируемой ступени:


м/с.


9. Средний диаметр нерегулируемой ступени:


м.


10. Степень реактивности регулирующей ступени состоит:



где степень реактивности первой рабочей решетки;


степень реактивности направляющей решетки;


степень реактивности второй рабочей решетки.


11. Располагаемый теплоперепад в сопловой решетке:


кДж/кг.


12. Располагаемый теплоперепад в первой рабочей решетке:


кДж/кг.


13. Располагаемый теплоперепад в направляющей решетке:


кДж/кг.


14. Располагаемый теплоперепад во второй рабочей решетке:


кДж/кг.


15. Энтальпия пара по заторможеным параметрам на входе в сопловый аппарат:


кДж/кг.


16. Параметры заторможенного потока из i-s диаграммы:


.


17. Откладываем на изоэнтропе теплоперепады: ;;;(рис.2) и определяем давления:


–за сопловой решеткой: Р1
=1,805 МПа, υ1
t
=0,1615 м3
/кг,


при h1
t
= h0
*- =
3366,45– 166,905 = 3199,5 кДж/кг;


–за первой рабочей решеткой: Р2
=1,762 МПа,


при h = h0
*- -
hо1р
´ =
3366,45– 166,905 – 3,709 =3195,836кДж/кг;


–за направляющей решеткой: ,


при h = h0
*- -
hо1р
´ - hнр
´ =
3366,45–166,905–3,709– 5,56=3190,276 кДж/кг;


–за второй рабочей решеткой: ,


при h = h0
*- -
hо1р
´ - hнр
´ - hо2р
´ =
3366,45–166,905–3,709 -5,56-9,27=


=3181 кДж/кг.


18. Отношение давлений в сопловой решетке:



19. Теоретические скорости потока пара и звука на выходе из сопловой решетки:


;


.


20. Число Маха за сопловой решеткой:


.


21. Утечки пара через переднее концевое уплотнение:


где μy
=0,8 - коэффициент расхода, зависящий от толщины и конструкции гребня уплотнения и величины радиального зазора;


ky
=1,83 -коэффициент учитывается для уплотнения с гладким валом, зависит от отношения δу
/s;


δу
/s=0,05 - принимаем;


δу
=0,3мм - радиальный зазор;


s – расстояние между гребнями;



=0,3·dрс
=0,3·0,95=0,285 м - диаметр вала на участке уплотнения;



=π·dу
·δу
=3,14·0,285·0,0003=0,000268 м2
- кольцевая площадь радиального зазора;


ε =Р2у
/Р1у
– отношение давлений пара за и перед уплотнением;


Р1у
=Р1
=1,79 МПа, Р2у
=0,1 МПа (атмосферному);


υ0
= υ1
t
=0,1628 м3
/кг;


z=50, число гребней уплотнения, принимаем;


.


22. Утечки пара через заднее концевое уплотнение:



где ky
=1,8 - коэффициент учитывается для уплотнения с гладким валом, зависит от отношения δу
/s;


δу
/s=0,05 (принимаем);


ε=Р2у
/Р1у
– отношение давлений пара за и перед уплотнением;


Р1у
=Рz
=1,178 МПа, Р2у
=0,1 МПа (атмосферному);


υ1
= υz
=0,2354 м3
/кг;


z=32 - число гребней уплотнения, принимаем;



При заданных геометрических соотношениях длины проточных частей


уплотнений будут равны: переднего ;


заднего


23. Количество пара проходящего через сопло с учетом утечки пара через переднее концевое уплотнение:


=83,33+0,1852=83,515 кг/с.


24. Выходная площадь сопловой решетки:


,м2
;


где μ1
=0,974 – коэффициент расхода, принимаем;


-постоянная величина, для перегретого пара равна 0,667при к=1,3;



25. Находим произведение:


м=3,32 см.


26.Оптимальная степень парциальности:


.


27. Длина сопловой лопатки:


.


28. С учетом ранее принятого α1э
=14° и полученного числа выбираем из таблиц типовых сопловых лопаток С-90-15Б со следующими характеристиками: относительный шаг решетки=0,78; хорда табличного значения bт
=5,2 см; В=4,0 см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,03см; f=3,21см2
; Wмин
=0,413см3
; хорда bс
=5см; Iмин
=0,326см4
; угол установки αу
=36°; к1
=bс
/bт
=0,962; толщина выходной кромки δ1кр
=2·r2
·к1
=0,6мм.


29. Число каналов (лопаток) сопловой решетки:


принимаем =46.


30. Пересчитываем хорду:


.


31. Относительная толщина выходной кромки:


.


32. Относительная длина лопатки:


; по отношению =0,903 в соответствии с графиком зависимости μ1
=f(bс
/l1
), коэффициент μ1
=0,978.


уточняем выходную площадь сопловой решётки:


;


уточняем произведение:


м=3,3см;


уточняем оптимальную степень парциальности:



уточняем длину сопловой лопатки:



33. Критическое давление:


.


34. Откладываем Ркр
на теоретическом процессе (рис.2) и находим параметры пара: iкр
t
=3180 кДж/кг ; υкр
t
=0,1701 м3
/кг.


35. Критическая скорость:


.


36. Поскольку решетка выбрана суживающаяся то при сверхзвуковом обтекании ее необходимо найти угол отклонения потока в косом срезе:


;


=14,11° ; =0,11°.


37. Уточняем (по рис.12) коэффициент скорости: φ=0,97.


38. Число Рейнольдса:



где =24·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13


по Р1
=1,805 МПа, t1
t
=376,8°C, υ1
t
=0,1616 м3
/кг);


. В связи с тем, что ,режимы работы решётки находятся в области автомодельности, в которой профильные потери и, следовательно, КПД решётки практически не изменяются.


39. Коэффициент потерь энергии:


.


40. Абсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки:


.


41. Относительная скорость на входе в первую рабочую решетку: ,где =U/C1
=149,2/560,429=0,266– отношение скоростей.


42. Угол входа потока пара в первую рабочую решетку:


; .


43. Потеря энергии в сопловой решетке


Δhc
= ξc
*= 0,0591*166,905 = 9,864 кДж/кг.


Параметры пара перед первой рабочей решеткой


h1
= h1
t
+ Δhc
= 3199,5+9,864= 3209,364 кДж/кг,


p1
=1,79 МПа,


υ1
= 0,1641м3
/кг,


t1
= 380,8 0
С.


Расчет первой рабочей решетки.


44. Теоретическая относительная скорость на выходе из первой рабочей решетки и число Маха:


;



где υ2
t
=0,1611 м3
/кг (h2
t
=3185 кДж/кг, t2
t
=369,9 °C)по h-s диаграмме точка 2t
(рис.2).


45. Выходная площадь первой рабочей решетки:


;


где μ2
=0,95 – принятый коэффициент расхода.


46. Выбираем величину перекрыши:


Δlp
=Δlп
+Δlв
=l2
–l1
=4мм;


где Δlв
=2мм – перекрыша у втулки;


Δlп
=2мм – перекрыша на периферии.


47. Считая, что рабочая лопатка первого венца выполняется постоянной по входной и выходной кромкам, получаем: l2
=l1
+Δlp
=55,7+4=59,7 мм.


48. Эффективный угол выхода из первой рабочей решетки:


;


=18,04°.


49. По числу Маха и выбираем первую рабочую решетку с профилем Р-26-17А и размерами: относительный шаг решетки=0,6; хорда табличного значения bт
=2,57см; Вт
=2,5см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,02см; f=2,07см2
; Wмин
=0,225см3
; хорда bр
=60мм; Iмин
=0,215см4
; угол установки αу
=80°; толщина выходной кромки δкр
=0,8мм.


50. Число рабочих лопаток первого венца:


.


51. Относительная толщина выходной кромки профиля:


.


52. Угол поворота потока:


Δβр
=180°-(β1
+β2э
)=180°-(19,08°+18,04°)=143,28°.


53. По отношению bp
/l2
=1,005 и Δβр
по рис.9 находим коэффициент расхода μ2
=0,945, и уточняем


выходную площадь первой рабочей решетки:


;


эффективный угол выхода из первой рабочей решетки:


;=18,2°.


54. По рис.12 определяем усредненный коэффициент скорости рабочей решетки ψр
=0,936.


55. Коэффициент потерь энергии:


.


56. Число Рейнольдса:



где =22,6·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по Р2
=1,762 МПа, t2
t
=373,2°C);


.Поправка на него не вносится.


57. Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки первого венца:


.


58. Окружные и осевые усилия действующие на лопатки первого венца:




где .


59. Равнодействующая от окружного и осевого усилий:


.


60. При постоянном профиле по длине лопатки изгибающее напряжение будет равно:



.


61. Потери энергии в первой рабочей решетке:


.


62. Состояние пара за первым рабочим венцом ступени.


h2
= h2
t
+ Δhр
= 3185 + 11,248= 3196,24 кДж/кг,


р2
= 1,745 МПа,


υ2
= 0,1664 м3
/кг,


t2
= 374,4 0
C.


63. Абсолютная скорость пара за первой рабочей решеткой:


.


64. Угол характеризующий направление С2
:


;


=28,5°.


Поворотная решетка


65. Теоретическая скорость выхода пара из поворотной решетки:


.


66. Число Маха:


,


где υ1
t
’=0,1657 м3
/кг (h1
t
’=3181 кДж/кг, t1
t
’=367,7 °C)по h-s диаграмме точка


1t
‘(рис.2).


67. Выходная площадь поворотной решетки:



где μ1
’=0,94 –принятый коэффициент расхода.


68. Принимаем перекрышу для поворотной лопатки: Δlп
=4мм.


69. Длина поворотной лопатки:.


70. Эффективный угол поворотной решетки:


;


=27,08°.


71. Выбираем для поворотной решетки профиль по числу Маха и выбираем первую рабочую решетку с профилем Р-35-25А и размерами: относительный шаг решетки=0,55; хорда табличного значения bm
=25,4мм; Вп
=2,5см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,015см; f=1,62см2
; Wмин
=0,168см3
; хорда bп
=40,3мм; Iмин
=0,131см4
; угол установки αу
=80°; толщина выходной кромки δ1кр
=0,472мм и отношением 1,581.


Число рабочих лопаток поворотной решётки:


.


72. Относительная толщина выходной кромки профиля поворотной лопатки:


.


73. Угол поворота потока в поворотной решетке:


Δαп
=180°-(α2
+α'1э
)=180°-(28,5°+27,08°)=124,42°.


74. По отношению и Δαп
по рис.9 находим коэффициент расхода μ'1
=0,958 и уточняем


выходную площадь поворотной решетки:


;


эффективный угол поворотной решетки:


;


=26,55°.


75. По рис.12 определяем усредненный коэффициент скорости поворотной решетки ψп
=0,94.


76. Коэффициент потерь энергии в поворотной решетке:


.


77. Число Рейнольдса:


.


78. Потери энергии в поворотной решетке:


.


79. Состояние пара за поворотной решеткой


h1
´
= h1
t
´
+ Δhп
= 3181+ 4,6194 = 3185,61 кДж/кг,


р1
´
= 1,725 МПа,


υ´
1
= 0,1671 м3
/кг,


t'1
=369,2°C.


80. Действительная скорость выхода пара из поворотной решетки:


0,94·281,729=264,82 м/с.


81. Относительная скорость пара на входе во вторую рабочую решетку: ,где =U/C'1
=149,5/264,82=0,5645 – отношение скоростей;


и ее направление: ,


Вторая рабочая решетка


82. Теоретическая относительная скорость на выходе из второй рабочей решетки и число Маха:


;


,


где υ'2
t
=0,1694 м3
/кг ( h'2
t
=3180кДж/кг)по h-s диаграмме точка 2't
(рис.2).


83. Выходная площадь второй рабочей решетки:


;


где μ'2
=0,95 – принятый коэффициент расхода.


84. Выбираем величину перекрыши:


Δl'p
=l'2
–lп
=4,3мм.


85. Считая, что рабочая лопатка второго венца выполняется постоянной по входной и выходной кромкам, получаем: l'2
=lп
+Δl'p
=63,7+4,3=68 мм.


86. Эффективный угол выхода из второй рабочей решетки:


;


=37,15°.


87. По числу Маха и выбираем вторую рабочую решетку с профилем Р-60-38А и размерами: относительный шаг решетки=0,5; хорда табличного значения bт
'=2,61см; Вр
'=2,5см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,02см; f=0,76см2
; W'мин
=0,035 см3
; хорда bр
'=85мм; Iмин
=0,018см4
; угол установки αу
=75°; толщина выходной кромки δ'2кр
=1,3мм и отношением .


Число рабочих лопаток второго венца:


.


88. Относительная толщина выходной кромки профиля поворотной лопатки:


.


89. Угол поворота потока:


Δβ'2р
=180°-(β'1
+β'2э
)=180°-(54,4°+37,15°)=88,45°.


90. По отношению b'p
/l'2
=1,25 и Δβ'2р
по рис.9 находим коэффициент расхода μ'2
=0,954 и уточняем


выходную площадь второй рабочей решетки:


;


эффективный угол выхода из второй рабочей решетки:


; =37,01°.


91. По рис.12 принимаем усредненный коэффициент скорости второй рабочей решетки ψ'р
=0,962.


92. Коэффициент потерь энергии:


.


93. Число Рейнольдса:



где =23·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по Р'2
=1,695 МПа, t

'2
t
=366,6°C);


.


94. Потери энергии во второй рабочей решетке:


.


95. Параметры пара за регулирующей ступенью


h´2
= h2
t
´ + Δhр
´
= 3180+1,5123= 3181,51 кДж/кг;


p2
´= 1,515 МПа;


υ2
´= 0,1897 м3
/кг;


t2
´=365,5 °C.


96. Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки второго венца:


.


97. Окружные и осевые усилия действующие на лопатки первого венца:



где .


98. Равнодействующая от окружного и осевого усилий:


.


99. При постоянном профиле по длине лопатки изгибающее напряжение будет равно:



.


100. Абсолютная скорость пара за первой рабочей решеткой:



101. Угол характеризующий направление С'2
:



102. Потери энергии с выходной скоростью:


.


103. Относительный лопаточный КПД выраженный через потери:


.


104. Относительный лопаточный КПД выраженный через скорости:


Проверка:



105. Проточная часть рассчитанной регулирующей ступени:


106. Ширина профиля лопатки:


- сопловой:



- первой рабочей:



- поворотной:



- второй рабочей:



где Вт
– ширина табличного профиля.


107. Осевой зазор между направляющими лопатками и рабочими лопатками принимаем равным δа
=4мм.


108. Радиальный зазор при средней длине лопаток:



где =(l1
+l2
+lп
+l'2
)/4=(55,24+59,7+63,7+68)/4=61,66 мм.


109. Относительные потери на трение пара в дисках:


а) о торцевые поверхности:



где d – средний диаметр ступени;


F1
– выходная площадь сопловой решетки;


Ктр.д
=f(Re,S/r) – коэффициент трения;



S/r=0,05, принимаем; Ктр.д
=0,56·10-3


б) на трение свободных цилиндрических и конических поверхностей на ободе диска:


.


;


где =10-3
, принимаем;


=а+в+с=0,022+0,0477+0,022=0,0917 м.


в=2·δа
+Вп
=2·4+39,7=47,7мм;


.


в) о поверхности лопаточного бандажа:



где =2·10-3
, принимаем;


=d+e=0,0584+0,0814=0,1398м;



=d+lcp
=0,95218 +0,0638=1,0159 м;


lср
=(l2
+l'2
)/2=0,0638 м


;


общие потери на трение:


.


110. Потери от парциального подвода пара, складываются из потерь:


- на вентиляцию:



где Кв
=0,065 – коэффициент, зависящий от геометрии ступени;


екож
=0,5 – доля окружности, занимаемая кожухом и устанавливаемого на нерабочей дуге диска для уменьшения вентиляционных потерь при парциальном подводе пара;


z=2 – число венцов ступени скорости;



- потери на концах дуг сопловых сегментов (потери на выколачивание)



где Ксегм
=0,25 – опытный коэффициент;


i=2 – число пар концов сопловых сегментов;



Общие:


.


111. Относительный внутренний КПД регулирующей ступени выраженный через потери:


ηoi
=ηол
– (ζтр
+ζпарц
)=0,8163 – (0,5432+30,566)*10-3
=0,7851908.


112. Потери энергии на трение диска:


.


113. Потери энергии от парциального впуска пара:


.


114. Откладываем потери Δhв.с
, Δhтр.д
, Δhпарц
от точки 2' и получаем точку 2'' с параметрами:


i2
''=i2
'+Δhв.с
+Δhтр
+Δhпарц
=3208+6,826+0,10073+5,668=3220,84 кДж/кг


t''2
=360,1°С, υ''2
=0,1906 м3
/кг.


115. Использованный теплоперепад:


.


116. Внутренняя мощность ступени:


Ni
=Go
·hi
=83,33·145,609=12133,68 кВт.


117. Относительный внутренний КПД выраженный через теплоперепады:


.


Проверка:




Расчет первой нерегулируемой ступени:


1. Располагаемый теплоперепад на нерегулируемые ступени между изобарами Р'2
=1,695 МПа и Рz
=1,178 МПа по изоэнтропе 2'' – zt
( рис.3):


Ho
''=i2''
-izt
=3220,84-3091=102,58 кДж/кг.


2. Принимаем теплоперепад первой регулирующей ступени ho
1нс
=50 кДж/кг.


3. Фиктивная скорость в ступени:


м/с.


4. Оптимальное отношение скоростей в нерегулируемой ступени:


.


5. Окружная скорость на среднем диаметре в нерегулируемой ступени:


м/с.


6. Средний диаметр не регулируемой ступени:


м.


7. Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки:


.


8. Располагаемый теплоперепад сопловой решетки:



c
=(1 – ρ)hо1нс
=(1 – 0,05)·50=47,5 кДж/кг.


9. Теоретические параметры пара за сопловой решеткой, точка 1t:


i1
t
=i2''
–hос
=3220,84–47,5=3173,34кДж/кг,Р1
=1,582 МПа,υ1
t
=0,1807 м3
/кг, t1
t
=362,2 °С.


10. Выходная площадь сопловой решетки:


;


где μ1
=0,97 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.


11. Длина сопловой лопатки:


.


12. Число Маха:


.


13. Оставляя угол α1
=17° и принимая αо
≈90° выбираем сопловую решетку типоразмера С-90-15А со следующими характеристиками: относительный шаг решетки=0,76; хорда табличного значения bт
=6,25см; В=3,4см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,032см; f=4,09см2
; Wмин
=0,575см3
; хорда профиля bс
=49,6мм; Iмин
=0,591см4
; угол установки αу
=34°; толщина выходной кромки δ1кр
=0,51мм.


14. Число лопаток:


.


15. Относительная толщина выходной кромки:


.


16. Относительная длина лопатки:


; по отношению =0,8 в соответствии с графиком зависимости μ1
(bс
/l1
) (рис.9), коэффициент μ1
=0,982 уточняем


выходную площадь сопловой решетки:


;


длину сопловой лопатки:


.


17. Число Рейнольдса



где =21,8·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по


Р1
=1,435 МПа, t1
t
=348,4°C);


.


18. Коэффициент скорости φ=0,976 (рис.12).


19. Коэффициент потерь энергии:


.


20. Абсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки:


.


21. Относительная скорость на входе в первую рабочую решетку: ;


где =U/C1
=148,88/300,824=0,4949 – отношение скоростей.


22. Угол входа потока пара в первую рабочую решетку:


β1
= 32,35 0
.


23. Потери энергии в сопловой решетке:


; откладываем эти потери в i-s диаграмме и получаем точку 1,(рис.3), характеризующую действительное состояние пара перед первой рабочей решеткой имеющей следующие параметры: Р1
=1,435 МПа; i1
=3175,99 кДж/кг;υ1
=0,1996 м3
/кг; t1
=362,6°С.


24. Располагаемый теплоперепад рабочей решетки:


hop
=ρ·hо1нс
=0,05·50=2,5 кДж/кг, откладываем его из точки 1 и получаем точку 2t
с параметрами i2
t
=3173,49 кДж/кг, Р2
=1,42 МПа; υ2
t
=0,2013 м3
/кг; t2
t
=361,3°С.


25. Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решетки и число Маха:


;


.


26. Выходная площадь рабочей решетки:


;


где μ1
=0,94 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.


27. Принимаем перекрышу Δlр
=l2
– l1
=3,6мм.


28. Длина рабочей лопатки l2
=l1
+Δlр
=61,6+3,6=65,2 мм.


29. Эффективный угол выхода из рабочей решетки:


;


=27,59°.


30. По числу Маха и выбираем вторую рабочую решетку с профилем Р-35-25А и размерами: относительный шаг решетки=0,61; хорда табличного значения bт
=2,54см; В=2,5см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,02см; f=1,62см2
; Wмин
=0,168 см3
; хорда bр
=45 мм; Iмин
=0,131см4
; толщина выходной кромки δкр
=0,5мм и углами =80°, 2,309.


31. Число лопаток:


.


32. Относительная толщина выходной кромки:


.


33. Угол поворота потока:


Δβ2р
=180°-(β1
+β2э
)=180°-(32,35°+27,59°)=120,06°.


34. По отношению =0,69 и Δβр
по рис.9 находим коэффициент расхода μ2
=0,956 и уточняем


выходную площадь рабочей решетки:


;


эффективный угол выхода из рабочей решетки:


;


=27,23°.


35. Число Рейнольдса



где =21,8·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по


Р2
=1,42 МПа, t2
t
=361,3°C);


.


36. Коэффициент скорости ψ=0,948 (рис.12).


37. Коэффициент потерь энергии:


.


38. Относительная скорость пара за рабочей решеткой:


W2
=ψ·W2
t
=0,948·182,995=173,479 м/с.


39 Абсолютная скорость пара за рабочей решеткой:


.


40. Угол характеризующий направление С2
:



α2
=-87,68º.


41. Окружное и осевое усилие и их равнодействующая:





.


42. Момент сопротивления при постоянном профиле по длине лопатки:


.


43. Изгибающее напряжение:


.


44. Потери энергии в рабочей решетке:


.


45. Потери энергии с выходной скоростью:


.


46. Относительный лопаточный КПД выраженный через потери:


.


47. Относительный лопаточный КПД выраженный через скорости:


.


48. Число Рейнольдса:


.


59. Принимаем S/r=0,05.


50. Потери на трение в дисках:


- коэффициент потерь



где Ктр.д
– определяется по рис.17


- потери энергии:



51. Относительный внутренний КПД выраженный через потери:


.


52. Откладываем на рис.3 потери Δhр
,Δhтр.д
,Δhв.с
получаем т.2' с параметрами:


i'2
=i2
t
+ Δhр
+Δhтр.д
+Δhв.с
=3173,49+1,696+0,045+3,1688=3178,39 кДж/кг, Р2
=1,42 МПа; υ'2
=0,2021 м3
/кг; t'2
=363,5°С.


53. Использованный теплоперепад:


.


54. Относительный внутренний КПД выраженный через теплоперепады:


.


55. Внутренняя мощность ступени:


.


Проверка:




Расчет второй нерегулируемой ступени:


1. Состояние пара перед сопловой решеткой определяется точкой 2 (рис.3)


i2
=3082 кДж/кг, Р2
=1,42 МПа; υ2
=0,1865 м3
/кг; t2
=319,1 °С.


2. Располагаемый теплоперепад второй нерегулируемой ступени между изобарами Р2
=1,42 МПа и Рz
=1,178 МПа по изоэнтропе 2 – z't
( рис.3):



2
нс
=i2
-izt
'=3175,99–3123,59 =52,4 кДж/кг.


3. Располагаемый теплоперепад по заторможенным параметрам с учетом использования кинетической энергии от выходной скорости из предыдущей ступени:


.


4. Параметры заторможеного потока: ,


Р2
*
=1,615 МПа, ; υ2
*
=0,1777 м3
/кг; t2
*
=365,4 °С.


5. Фиктивная скорость в ступени:


м/с.


6. Средний диаметр ступени принимаем: d=0,948 м.


7. Окружная скорость: U=148,88м/с.


8. Отношение скоростей в нерегулируемой ступени:


.


9. Угол выхода потока пара из сопловой решетки принимаем =14°.


10. Степень реактивности ступени принимаем ρ=0,05.


11. Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки:


.


12. Располагаемый теплоперепад сопловой решетки:


h*
о
c
=(1– ρ)h*
о2нс
=(1– 0,05)·55,56=52,782 кДж/кг.


13. Теоретические параметры пара за сопловой решеткой, точка 1t:


i1
t
=i*
2'
–h*
о
c
=3178,24–52,782=3125,462 кДж/кг,Р1
=1,33 МПа, υ1
t
=0,2065м3
/кг, t1
t
=337,6°С.


14. Выходная площадь сопловой решетки:


,


где μ1
=0,97 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.


15. Длина сопловой лопатки:


.


16. Число Маха:


.


17. Оставляя угол α1
=14° и принимая αо
≈90° выбираем сопловую решетку типоразмера С-90-12А со следующими характеристиками: относительный шаг решетки=0,76; хорда табличного значения bт
=6,25см; В=3,4см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,032см; f=4,09см2
; Wмин
=0,575см3
; хорда профиля bс
=49,6мм; Iмин
=0,591см4
; угол установки αу
=34°; толщина выходной кромки δ1кр
=0,51мм.


18. Число лопаток:


.


19. Относительная толщина выходной кромки:


.


20. Относительная длина лопатки:


; по отношению =0,654 в соответствии с графиком зависимости μ1
(bс
/l1
) (рис.9), коэффициент μ1
=0,982 уточняем


выходную площадь сопловой решетки:


;


длину сопловой лопатки:


.


21. Число Рейнольдса



где =20,8·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по


Р1
=1,33 МПа, t1
t
=337,6 °C);


; режим работы решетки в автомодельной зоне и поправка на Re не вносится.


22. Коэффициент скорости φ=0,976 (рис.12).


23. Коэффициент потерь энергии:


.


24. Абсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки:


.


25. Относительная скорость на входе в первую рабочую решетку:


где =U/C1
=148,88/317,107=0,469 – отношение скоростей.


26. Угол входа потока пара в первую рабочую решетку:


β1
= 26 0
.


27. Потери энергии в сопловой решетке:


; откладываем эти потери в i-s диаграмме и получаем точку 1,(рис.3), характеризующую действительное состояние пара перед первой рабочей решеткой имеющей следующие параметры:


Р1
=1,33 МПа;i1
=3127,963 кДж/кг;υ1
=0,2071 м3
/кг; t1
=339,4 °С.


28. Располагаемый теплоперепад рабочей решетки:


откладываем адиабату из точки 1 до давления Рz
=Р2
=1,178 МПа и получаем точку 2t с параметрами izt
''=3125,188 кДж/кг, υzt
''=0,2334м3
/кг; tzt
''=336,5°С;


.


29. Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решетки и число Маха:


;


.


30. Выходная площадь рабочей решетки:


,


где μ2
=0,94 – коэффициент расхода, предварительно принимаем.


31. Принимаем перекрышу Δlр
=l2
– l1
=3,7 мм.


32. Длина рабочей лопатки l2
=l1
+Δlр
=74,8+3,7=78,5 мм.


33. Эффективный угол выхода из рабочей решетки:


;


=26,59°.


34. По числу Маха и выбираем вторую рабочую решетку с профилем Р-30-21А и размерами: относительный шаг решетки=0,61; хорда табличного значения bт
=2,56см; В=2,5см; радиус закругления выходной кромки r2
=0,02см; f=1,85см2
; Wмин
=0,234см3
; хорда bр
=40 мм; Iмин
=0,205см4
; толщина выходной кромки δкр
=0,5мм и угол =80°,2,675.


35. Число лопаток:


.


36. Относительная толщина выходной кромки:


.


37. Угол поворота потока:


Δβ2р
=180°-(β1
+β2э
)=180°-(26°+26,59°)=127,41°.


38. По отношению =0,509 и Δβр
по рис.9 находим коэффициент расхода μ2
=0,958 и уточняем


выходную площадь рабочей решетки:


;


эффективный угол выхода из рабочей решетки:


;


=25°.


39. Число Рейнольдса


=20,8·10-6
кг/м·с–коэффициент динамической вязкости (рис.13 по Р2
=1,178 МПа, t''zt
=336,5 °C);


; режим работы решетки в автомодельной зоне и поправка на Re не вносится.


40. Коэффициент скорости ψ=0,951 (рис.12).


41. Коэффициент потерь энергии:


.


42. Относительная скорость пара за рабочей решеткой:


W2
=ψ·W2
t
=0,951·191,6944=182,30 м/с.


43. Абсолютная скорость пара за рабочей решеткой:


44. Угол характеризующий направление С2
:



45. Окружное и осевое усилие и их равнодействующая:


,



где



46. Момент сопротивления при постоянном профиле по длине лопатки:


.


47. Изгибающее напряжение:


.


48. Потери энергии в рабочей решетке:


.


49. Потери энергии с выходной скоростью:


.


50. Относительный лопаточный КПД выраженный через потери:


.


51. Относительный лопаточный КПД выраженный через скорости:


.


52. Число Рейнольдса:


.


53. S/r=0,05, принимаем.


54. Потери на трение в дисках:


- коэффициент потерь



где Ктр.д
– определяется по рис.17


- потери энергии:


.


55. Относительный внутренний КПД выраженный через потери:


.


56. Откладываем на рис.3 потери Δhр
,Δhтр.д
,Δhв.с
получаем т.z с параметрами:


iz
=izt
''+ Δhр
+Δhтр.д
+Δhв.с
=3120+1,7564+0,0501+3,108=3125,87 кДж/кг, Рz
=1,178 МПа; υz
=0,2335м3
/кг; tz
=336,9 °С.


57. Использованный теплоперепад:



58. Относительный внутренний КПД выраженный через теплоперепады:


.


59. Внутренняя мощность ступени:


.


Проверка:





60. Геометрические характеристики нерегулируемой ступени:



1. Коэффициент возврата тепла:


.


где - сумма располагаемых теплоперепадов ступеней;


2. Относительный внутренний КПД проточной части:


.


3. Относительный внутренний КПД турбины:


.


4. Развиваемая внутренняя мощность:


.


5. Расчетный относительный эффективный КПД турбины:



6.Расчетная номинальная электрическая мощность


Nэн
= ηг
* ηo
е
*H0
* G0
= 0,96*0,7768055*300*83,33= 18642,586 кВт.


Nэн
’= ηм
* ηг
* Ni
=0,985*0,96*19715,16=18642,655кВт.


Невязка мощности: .


Вывод


На основе задания на курсовой проект, мною были рассчитаны: регулирующая и две нерегулируемых ступени противодавленческой турбины.


В результате расчета были получены следующие геометрические характеристики ступеней:


- dрег
= 952,18 мм;


- dнр1
= 948 мм;


- dнр2
= 948 мм.


Также были расчитаны КПД.


Относительный лопаточный КПД:


- ηo
л
рег
= 0,8163;


- ηo
л
нр1
= 0,8576;


- ηo
л
нр2
= 0,8674.


Относительный внутренний КПД:


- ηoi
= 0,7851901;


- ηoi
= 0,8567;


- ηoi
= 0,86653.


Расчитал внутренние мощности ступеней


- Ni
рс
= 12133,68 кВт;


- Ni
нр1
= 4011,88 кВт;


- Ni
нр2
= 4025,247кВт.


Расчетная номинальная электрическая мощность турбины


Nэн
= 18642,586 кВт, что в пределах допустимого значения совпадает с исходной Nэн
= 18642,655 кВт.


Список используемой литературы:


1. Никольский Н.И., Луканин П.В. Тепловые двигатели для ЦБП (Теория паровых турбин). Учебное пособие:СПбТИЦБП. СПб. , 1992, 108 с.


2. Луканин П.В., Короткова Т.Ю. Тепловые двигатели для ЦБП ( Конструкция и эксплуатация паровых турбин): Учебное пособие/СПбГТУ РП. СПб., 2003 , 100 с.


3.Методические указания к курсовому проекту(20-12,20-13).

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

Слов:4596
Символов:45287
Размер:88.45 Кб.