Эскизное проектирование паровой турбины малой мощности для привода питательного насоса энергоблока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт - Петербургский Государственный морской Технический Университет

(СПбГМТУ)

Факультет Корабельной Энергетики и Автоматики

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

Эскизное проектирование паровой турбины малой мощности для привода питательного насоса энергоблока ГРЭС

Исполнитель: студент группы 2410 Н. А. Кукин

Санкт-Петербург 2011



Реферат

Курсовая работа 86 стр., 1часть, 5 источников, 6 рисунков, 12 таблиц ,

51 диаграмма, 1 чертеж, 3 приложения.

Рабочий аппарат, сопловой аппарат, компрессор, турбина, ротор.

В данной работе представлен проектировочный расчет паровой турбины на этапе эскизного проектирования. Расчет выполняется с целью узнать возможность создания двигателя с такими параметрами. Работа носит обучающий характер и выполняется с целью получить навык проектирования сложных систем.

Цель работы

Рассчитать паровую турбину для привода питательного насоса энергоблока ГРЭС Построить рабочий процесс в S-i диаграмме для турбо агрегата в целом и всех рассчитываемых ступеней

Построить треугольники скоростей для рассчитываемых ступеней, а для последней ступени на трех радиусах.

Выполнить эскиз проточной части, ротора и последней ступени т/а.

Построить графики изменения основных геометрических параметров поперечных сечений по длине рабочей лопатки последней ступени.

Выполнить компоновочный эскиз т/а. в CAD

Исходные данные:

турбоагрегат ротор проточный эскиз

Название параметра	Обозначение	Размерность	Значение
Давление перед БЗК		МПа	1,7
Температура перед БЗК			360
Эффективная мощность		МВт	5
Давление перед конденсатором		Мпа	0,
Эффективный КПД Т\А			0,75
Частота вращения турбины		об/мин	5000
Тип регулирования ступени	осевой
Тип турбины	1 корп. акт., 1 пот. Т/П



Оглавление

Введение

1. Техническое задание, постановка задач проектирования, исходные данные

1.1 Формирование технического задания

1.2 Описание методов эскизного проектирования

1.3 Предварительное формирование файла исходных данных

1.4 Исходные данные для расчета последней ступени турбоагрегата

1.5 Исходные данные для проектирования первой (регулировочной) ступени

1.6 Исходные данные для определение числа ступеней, КПД и размеров проточной части низкого давления турбоагрегата

1.7 Исходные данные для эскизного синтеза ротора с учетом ограничений

1.8 Определение параметров пара на входе и выходе из двухкорпусного агрегата с межкорпусной сепарацией пара

2. Проектирование последней ступени по среднему радиусу

2.1 Исследование влияния параметров л, , на конструктивные, кинематические, термодинамические и прочностные характеристики последней ступени

2.2 Анализ результатов

3. Расчет первой (регулировочной) ступени

3.1 Анализ результатов влияния комплекса параметров {;}

3.2 Результат расчета по четвертому блоку

3.3 Расчет основных эскизных параметров турбины

3.4 Профилирование лопаток на корневом радиусе

3.5 Профилирование лопаток на среднем радиусе

3.6 Профилирование лопаток на периферийном радиусе

3.7 Обобщение результатов профилирования

3.8 Оценка рабочих лопаток на прочность и вибрацию

3.8 Расчетное исследование: “Влияние на параметры всего агрегата”

Заключение

Список использованной литературы

Приложения



Введение

Тема курсового проекта является проектирование паровой турбины малой мощности, которая предназначена для привода питательного и предвключенного (бустерного) насосов энергоблоков ГРЭС мощностью 500, 800 и 1200МВт и АЭС мощностью 1000МВт. Данный турбо агрегат предназначен для привода питательного насоса энергоблока ГРЭС мощностью 5 МВт, с номинальной частотой вращения 5000 об./мин., с абсолютным давлением пара 1,7Мпа , температурой пара 360°С и давлением пара за турбинной 0,006МПа.

К требованиям предъявляемым к ТА, относятся [1]:

- надежность;

- заданная долговечность в эксплуатации;

- заданная экономичность;

- удобство и легкость обслуживания и ремонта;

- простота изготовления, низкая стоимость и по возможности ограниченное применение остродефицитных материалов;

- минимально возможная шумность;

- малые масса и габариты;

Надёжная безаварийная работа энергетических блоков тепловых и атомных электростанций в значительной степени определяется качеством установленного на них насосного оборудования, и в первую очередь питательной группы. В качестве основных питательных насосов энергетических блоков на ТЭС и турбоустановок Т250-240 на ТЭЦ, а также на АЭС с реакторами ВВЭР-1000 используются турбопитательные насосы. Это высоконапорные и высокооборотные многоступенчатые насосы большой мощности для перекачки горячей воды [6].

Задачей проектирования является обеспечить наибольший КПД энергоустановки, путем варьирования большого числа различных параметров, зависящих от происходящих процессов в проточной части турбоагрегата. Параметры, влияющие на КПД энергоустановки, будем назначать вследствие анализа и выбирать наиболее оптимальные значения, чтобы максимально приблизиться к реальному КПД и обеспечить возможность технологического производства, эксплуатации установки в последующем. Пределы параметров строго ограничены, и выход за рамки значений может привести к невозможности создания этого двигателя. Значения этих параметров будут выбраны из статистики турбостроения. Вышеназванная статистика будет заимствована из литературных источников (см. «Список использованной литературы») и данных, заложенных в программный комплекс «Формирование образа судового парового турбоагрегата» (см. «Описание методов эскизного проектирования»).



1. Техническое задание, постановка задач проектирования, исходные данные

1.1 Формирование технического задания

Техническое задание на проектирование т/a проектируется на основе исходных данных для проектирования установки и параметров, осуществляющих информационную взаимосвязь агрегата с другими элементами ГТЗА и установки. Для того что бы выяснить возможность выполнения проектируемого агрегата при принятых значениях параметров конструктивной схемы и заданных параметров в технических заданиях в данном курсовом проекте необходимо в первую очередь выявить, эскизное проектирование и проверить выполнение условий прочности и вибронадежности этих критических узлов. Выделим основные проектные операции, которые необходимо выполнить в данном курсовом проекте:

Определение параметров пара на входе из проточных частей ТА и определение расходов пара по отсекам ступеней

Проектирование последней ступени ТА (определение прочности, вибронадежности и ресурс)

Проектирование первой ступени ТА

Проектирование группы ступеней проточных частей высокого и низкого давления (уточняя кпд в первом приближении), определения числа ступеней

Формирование эскиза ротора с учетом условий обеспечения нормальных работ подшипника, обеспечение вибронадежности ротора и расчет на прочность

Оценка кпд, массы и габаритов всего ТА



1.2 Описание методов эскизного проектирования

Турбина характеризуется огромным числом параметров. Для принятия оптимальных решений в условиях большого числа параметров необходимо использовать системно иерархический подход. Согласно этому подходу весь процесс проектирования сложных объектов разделяется на стадию внешнего проектирования (сложный объект (турбоагрегат) - элемент более сложной системы (корабль), на этой стадии важны только те параметры, через которые объект осуществляет взаимодействие с другими элементами более сложной системы) и стадию внутреннего проектирования(реальный объект (турбоагрегат) - сам сложная система, состоящая из других узлов и деталей).

В процессе проектирования выделим несколько этапов, на каждом этапе внутренняя структура объекта рассматривается с различной степенью подробности, т.е. также применяется системно иерархический подход.

Основные проектные операции:

Определение параметров пара на входе и выходе из проточной части т/а, определение расходов пара по отсекам ступеней.

Проектирование последней ступени т/а (возможно ли ее сделать?)

Проектирование первой регулировочной ступени т/а.

Проектирование группы ступеней проточной части.

Формирование эскиза ротора, с учетом обеспечения нормальной работы подшипников и обеспечения вибронадежности ротора.

Оценка кпд, массы и габаритов т/а.

Проектирование в рамках данной работы значительно упрощено благодаря программному комплексу «Формирование образа судового парового турбоагрегата», созданного под руководством профессора СПбГМТУ, Кафедры судовых турбин и турбинных установок Погодина Юрия Михайловича.



1.3 Предварительное формирование файла исходных данных

Вышеописанный программный комплекс имеет в своем составе большое количество установленных параметров, но для его работы необходимо предоставить информацию, полученную из технического задания и некоторые параметры, которые обеспечивают конструктивное исполнение турбоагрегата. Для этого сформируем файл исходных данных, проанализируем и обоснуем выбор ряда параметров в пределах поставленных задач.

К установленным параметрам относятся: давление на входе и выходе из турбины, начальная температура, эффективная мощность, эффективный К.П.Д., число оборотов ротора.

I MACCИB ПOCЛEДOBATEЛЬHOCTИ ИCПOЛЬЗOBAHИЯ БЛOKOB. IBL(7) I

I 0-KOHEЦ CЧETA, 1,2,3,4,5,6-CЧET, 95-ПPOПУCK БЛOKA. I

I IBL(1) , IBL(2) , IBL(3) , IBL(4) , IBL(5) , IBL(6) , IBL(7) I

1 , 0 , 3 , 4 , 5 , 6 , 0

I MACCИB ПOPЯДKA BЫBOДA HA ПEЧATЬ ИHФOPMAЦИИ O PAБOTE БЛOKOB I

I IPRT(7) I

I 0-HET ПEЧATИ,1-COKPAЩEHHAЯ ПEЧATЬ,2-ПOЛHAЯ ПEЧATЬ. I

IIPRT(1) , IPRT(2) , IRPT(3) , IPRT(4) , IPRT(5) , IPRT(6) , IPRT(7)I

2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 0

* 1.B ЦEЛOM HA TУPБOAГPEГAT. *

I ЭФФEKTИB.IЭФФEKTИBHЫЙIHAЧAЛЬHOE I HAЧAЛЬHAЯ I ДABЛEHИE B IKOЛИЧECTBOI

I MOЩHOCTЬ I K.П.Д. I ДABЛEHИE ITEMПEPATУPAIKOHДEHCATOPEI OTБOPOB I

I NE(KBT) I KPE(-) I P00(MПA) I T00(K) I PK(MПA) I ZOTB I

5000.0, 0.750 , 1.70 , 633 , 0.006 , 0

К варьируемым параметрам относятся: число корпусов турбоагрегата, Отношение внутренних перепадов ТВД/ТНД, разность внутреннего КПД проточных частей ТВД и ТНД.

Б Л O K N1.

I ЧИCЛO KOPПУCOB I OTHOШEHИE BHУTPEHHИX I PAЗHOCTЬ BHУTP. KПД I

I TУPБOAГPEГATA I ПEPEПAДOB TBД/THД I ПPOTOЧHЫX ЧACTEЙ TBД И THДI

I ZK I HIBHIH(-) I DKPI(-) I

1 , 0.0000 , 0.0000

1.4 Исходные данные для расчета последней ступени турбоагрегата

В данной части проектирования задаются установленные параметры, такие как тип турбоагрегата, число протоков, число оборотов агрегата. В данном случае турбина низкого давления.

* Б Л O K N2. *

I TИП I ЧИCЛO I ЧИCЛO OБOPOTOB THД I OTHOШEHИE CP.ДИAMETPAI

I T.H.Д. I ПPOTOKOB I ИЛИ OДHOKOPПУC.AГPEГATA I K ДЛИHE ЛOПATKИ I

I TU I MP I NH(OБ/MИH) I LZ(-) I

1 , 1 , 5000.00 , 4.3

I УГOЛ HA BЫXOДE I УГOЛ HA BЫXOДE I CT.PEAKTИBHOCTИ I УГOЛ MEPИДИAH. I

I ИЗ P.A. П.C. I ИЗ P.A. П.C. I У KOPHЯ I PACKPЫTИЯ I

I B2SZ(PAД) I A2SZ(PAД) I ROTKZ(-) I TEPZ(PAД) I

2.5305 , 1.57 , 0.100 , 0.5235

К варьируем параметрам относят отношение лz=D/L, угол на выходе из рабочего аппарата в относительном движении в2 =35 о, угол на входе б2 =90о оптимальный угол выхода потока из рабочего аппарата, обеспечивающий хорошую работу турбоагрегата.(обеспечивает минимальные потери с выходной скоростью), степень реактивности у корня, угол меридиального раскрытия. Снижение лz при неизменных прочих факторах влечет за собой:

уменьшение среднего, корневого и наружного диаметров, т.е. увеличение длины лопатки lz и уменьшение массы турбины.

Увеличение напряжений от растяжения в корневом сечении рабочей лопатки.

Увеличение числа ступеней из-за уменьшения отношения средних диаметров первой и последней ступеней D1/Dz при равенстве диаметров у корневых сечений и неизменном значении окружной скорости Uz=const, а так же вследствие уменьшения Uz при снижении отношения Dz/Lz и постоянства ур=const; увеличение числа ступеней приводит к уменьшению жесткости ротора и к снижению критической частоты вращения nкр или увеличению протечек по уплотнениям.

Ухудшение условий работы верхних сечений рабочих лопаток в результате роста шага облопатывания

Рост степени реактивности в среднем и верхних сечениях рабочей лопатки, увеличение протечек через радиальные зазоры

Увеличение нагрузки рабочей лопатки изгибающим моментом, который повышается из-за уменьшения числа лопаток, а так же вследствие перемещения центра давления от корневого сечения;

Повышение быстроходности турбины

Ухудшение вибрационных характеристик облопатывания, особенно последней ступени.

Увеличение ширины лопаток рабочих и направляющих аппаратов.

С учетом указанного величину лz в практике проектирования турбоагрегатах принимают в пределах 3,1-4,7. В двухпроточных, а так же однокорпусных агрегатах с однопроточной, двухпроточных принимаются значения средние или выше средних значения лz. При этом окружные скорости Uz принимаются соответственно более высокие чем раньше.

Угол выхода потока оказывает влияние на габаритные и экономические показатели как последней ступени, так и всего агрегата в целом. Для снижения размеров проточной части в области больших удельных объемов приходиться увеличивать угол в2 и принимать его равным 30°-40°

Уменьшение угла выхода потока вызывает:

-увеличение выходной потери, снижение КПД ступени и агрегата в целом;

-ослабление профиля лопатки, ухудшение вибростойкости и, как необходимость, увеличение ширины профиля;

-снижение высоты лопаточного аппарата и размещение всей проточной части на меньших диаметрах;

-повышение быстроходности турбины.

В судовых турбинах обычно придерживаются нижних из приведенных значений угла выхода потока; в агрегатах большей мощности облегченного типа вынуждены выбирать большие значения углов.

1.5 Исходные данные для проектирования первой (регулировочной) ступени

В данном блоке задаются установленные параметры, как тип ступени число оборотов.

Б Л O K N3

! TИП ! ЧИCЛO !CT.ПOHИЖEHИЯ! PACЧETHAЯ !CT.BПУCKA!УГOЛ BЫXOДA!

!CTУПEHИ! OБOPOTOB TBД ! ДABЛEHИЯ ! CKOP.X-KA ! B P.C. ! ИЗ CA P.C. !

! IRS ! NB(OБ/MИH) ! A ! NURS(-) ! EP(-) ! A1RS(PAД) !

! 1 ! 5000.00 ! 2.00 ! 0.3368 ! 0.40 ! 0.1632 !

К варьируем параметрам относят степень понижения давления, расчетная скоростная характеристика, степень впуска в регулировочную ступень, угол выхода из соплового аппарата регулировочной ступени.

Закон изменения скоростной характеристики, учитывая резское нарастание удельных объемов и условий работы ТНД на расчетном и других режимах, целесообразно принять таким, чтобы соблюсти ее снижение относительно оптимума от первой ступени к последней при росте по абсолютному значению. Это обстоятельство способствует повышению устойчивости КПД проточной части с уменьшением нагрузки против расчетной, а также повышению КПД первых ступеней в связи с увеличением высот их облопатывания и обнижению последних ступеней. Скоростная характеристика принимается ниже оптимального ее значения с целью увеличения теплоперепада, перерабатываемого последней ступенью и повышению устойчивости ее к КПД при изменение к нагрузки, особенно если агрегат должен работать с высокой экономичностью как на полных, так и на малых ходах. На расчетном режиме при 100% нагрузке отклонение от оптимального значения приводит к снижению КПД ступени на этом режиме.

Степень понижения давления на регулировочном колесе можно брать в пределах 2,5-3,0 и более, при жестких требованиях к массе и габаритам т.е. для их уменьшения, а также для возможности размещения ступеней малого хода в корпусе высокого давления.

Выбор степени впуска пара в регулировочном колесе на основном режиме должен быть подчинен требованиям: получения наибольшего значения внутреннего кпд ступени; удобства конструктивного оформления сопловых коробок; удобства эксплуатации.

б2 выбираем минимальное значение б2=10° для того, чтобы уменьшить потери, тем самым повысить КПД первых ступеней. При росте б2 длина лопатки уменьшаются, возрастают концевые потери, и от утечек. Меньше 10° градусов не стоит брать, т.к. растут кромочные потери, уменьшается горло, угол установки нарушен, изменение площади, следовательно снижается кпд.

Скоростное характеристика выбирается оптимальной так чтобы проектировалась на осевой выход, что дает максимальный окружной КПД. С помощью ск.харак-ки можно регулировать число ступеней.

1.6 Исходные данные для определение числа ступеней, КПД и размеров проточной части низкого давления турбоагрегата

Для данного блока все параметры являются варьируемыми. С помощью данного блока рассчитываются, кпд, зависящий от относительной скоростной характеристики, размеры проточной части и число ступеней.

Б Л O K N4

! OTHOШ.KOPH.ДИAMETPOB ! OTHOCИT.ДИAMETP !УГOЛ BЫXOДA!OTHOCИT. CKOP.!

!ПEPBOЙ И ПOCЛ.CTУПEHEЙ!УПЛOTHEHИЯ ДИAФPAГMЫ!ИЗ CA CT.N1! X-KA CTУП.N1 !

! DOK(-) ! DO(-) ! A1S1(PAД) ! NUO1(-) !

! 1.0000 ! 0.8000 ! 0.1920 ! 0.8400 !

! C T E П E H Ь P E A K T И B H O C T И ! OTHOCИT.CKOP.XAP-KA !

!У KOPHЯ CTУПEHЬ N1. ИЛИ HA CP.PAДИУCE CTУП.N1.! CPEДHEЙ CTУПEHИ !

! (A.T.) ROT1 (P.T.) ! NUOS(-) !

! 0.0700 ! 0.90 !

1.7 Исходные данные для эскизного синтеза ротора с учетом ограничений

Варьируемые параметры это коэффициент запаса по критической частоте вращения и отношение диаметра концевого уплотнения к корневому последней ступени.

Признак турбины выбирается из заданных параметров.

Таблица - Синтез ротора с учетом ограничений.

Коэффициент запаса по критической частоте вращения- отношение частоты вращения ротора к первой критической частоте вращения

Отношение диаметра концевого уплотнения к корневому диаметру последней ступени (этот параметр определяет жесткость ротора и уровень потерь от утечки в концевые уплотнения)уточняется в соответствии с коэффициентом запаса.

1.8 Определение параметров пара на входе и выходе из двухкорпусного агрегата с межкорпусной сепарацией пара

Определение расходов и термодинамических параметров турбоагрегата является базовой операцией, результаты расчета позволят отобразить процесс расширения пара в S-I диаграмме * и получить данные для дальнейшего расчета.

ОCHOBHЫE PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA П/П *BL1*.

KOЭФ-TЫ ЗAПACA ПO ДOПУCTИMOЙ BЛ-TИ KXB= 1.0000 KXH= 5.8248

OCHOBHЫE XAPAKTEPИCTИKИ AГPEГATA И KOPПУCOB

I ХАР-КИ I AГPEГAT I ТВД I ТНД I

I--I-I-I-I

I ИЗOЭHTP-НЫЙ I I I I

I ПEPEПAД I 986.7 I 0.0 I 969.8 I

I--I-I-I-I

I KOЭФФИЦИEHT I I I I

I BOЗBP.TEПЛA I I 1.0000 I 1.0645 I

I--I-I-I-I

I BHУTPEHHИЙ I I I I

I ПEPEПAД I 762.8 I 0.0 I 762.8 I

I--I-I-I-I

I BHУTPEHHИЙ I I I I

I КПД I 0.7730 I 0.0000 I 0.7865 I

I--I-I-I-I

I IGT= 6.7566 IG0B= 6.7228 IG0H= 6.7228 I

I PACXOД IGE= 6.7566 IGZB= 0.0000 IGZH= 6.7228 I

I--I-I-I-I

I OTHOC.PACXOД I I I I

I ОТСЕП. BЛАГИ I 0.0000 I 0.0000 I 0.0000 I

I--I-I-I-I

I BHУTPEHHЯЯ I I I I

I МОЩНОСТЬ I 5050.5 I 0.0 I 5050.5 I

I--I-I-I-I

ПAPAMETPЫ ПAPA HA BXOДE И BЫXOДE ИЗ ПPOTOЧHЫX ЧACTEЙ

! ПAPAMETPЫ ! TBД BXOД ! TBД BЫXOД ! THД BXOД ! THД BЫXOД !

!-!

! ДABЛEHИE ! 1.64900 ! 1.64900 ! 1.64900 ! 0.00607 !

!-!

! ЭHTAЛЬПИЯ ! 3165.5 ! 3165.5 ! 3165.5 ! 2402.8 !

KOЭФ-TЫ KAЧ-BA И KOЛ-BA OTBOДA CPEДЫ ИЗ ПP.ЧACTEЙ

KOЛИЧECTBO OTBOДOB B TBД: 0; B AГPEГATE: 16

I PSI I FI I PSI I FI I

I--I--I--I--I

I 0.06250 I 0.00000 I 0.12500 I 0.00000 I

I 0.18750 I 0.00000 I 0.25000 I 0.00000 I

I 0.31250 I 0.00000 I 0.37500 I 0.00000 I

I 0.43750 I 0.00000 I 0.50000 I 0.00000 I

I 0.56250 I 0.00000 I 0.62500 I 0.00000 I

I 0.68750 I 0.00000 I 0.75000 I 0.00000 I

I 0.81250 I 0.00000 I 0.87500 I 0.00000 I

I 0.93750 I 0.00000 I 1.00000 I 0.00000 I

I--I--I--I--I

ПOTEPЯ C BЫX.CKOP-Ю ИЗ ПOCЛEДHEЙ CT-НИ [kDж/кг] : 15.590

* S-I диаграмму смотри приложение 1



2. Проектирование последней ступени по среднему радиусу

Последняя ступень является важнейшим элементом, т.к. она определит радиальные габариты всего турбоагрегата; обеспечит выходные параметры пара, необходимые в дальнейшем для работы конденсатора. Проектирование п/с определяет саму возможность изготовления турбины, так как в последней ступени самые высокие напряжения, влажность и она самая опасная по вибронадежности. То есть если удастся спроектировать последнюю ступень, то значит, удастся спроектировать все остальные ступени турбины. Особенное внимание необходимо обратить на прочность и вибронадежность рабочих лопаток этой ступени, т.к. они являются сильно нагруженными, имеют максимальную длину, а значит низкую частоту собственных колебаний, что может усложнить отстройку при резонансных явлениях.

Особенность проектирования последней ступени заключается в том, что расчет ведется с конца, т.е. от сечения за рабочим аппаратом к сечению перед сопловым аппаратом, такой подход основан на требовании - обеспечить параметры пара, необходимые для работы конденсатора. Для расчета последней ступени задают следующие величины: ( см. блок 2 стр.7).

2.1 Исследование влияния параметров л, , на конструктивные, кинематические, термодинамические и прочностные характеристики последней ступени

Для анализа влияния параметров на характеристики последней ступени используем метод малых отклонений, согласно которому мы будем давать малые приращения варьируемому параметру и отслеживать качественные изменения других параметров.

Для удобства все вариации изобразим в виде графиков. При анализе будем использовать систему уравнений, связывающую параметры за РА последней ступени. Используя эту систему уравнений, находят . Далее используя статистику в зависимости от получившихся и ,задаются корневая перекрыша, периферийный и корневой осевые зазоры. Используя эти данные, производится построение в результате, которого определяются размеры СА: и .

Затем нужно определить полную энтальпию в относительном движении на выходе из СА. Это делается в несколько этапов. Сначала в S-I диаграмме ставят точку начала расширения пара в турбине, т.е. точку 0, соответствующую параметрам пара перед БЗК. Из точки 0 проводят изоэнтропу до изобары, соответствующей давлению в конденсаторе и получают точку 2t. Потом оценивают потерю перепада в рабочем аппарате, используя формулу:

Чтобы воспользоваться этой формулой в первом приближении задаются . Определив потери в РА находят, энтальпию на выходе из РА:

Затем используя систему уравнений находят

определяется таким образом:



.

определяется через формулу

,

Затем, с помощью уравнения расхода, используя (которое откладывается от вниз по изоэнтропе проведенной из точки 0, чтобы определить ): оценивают угол , задается реактивность у корня и способ закрутки, в результате чего определяют реактивность на среднем радиусе .

,

Используя реактивность на среднем радиусе, находят по формуле:

Найдя, уточняют угол , используя формулу

.



Наконец, используя, строят треугольник скоростей, из которого уточняют значение . Процесс рассмотренный выше от построения эскиза повторяют в итерациях до тех пор, пока предыдущее значение ,, будет отличаться от полученного значения на величину меньшую или равную допустимой погрешности.

- параметр увеличивается

- параметр уменьшается

Для автоматизации исследования специально был разработан макрос в программе Excel. Код макроса написан на языке программирования visual basic (VBA). Из семи листов расчетных данные блока №2 программного комплекса «Формирование образа судового парового агрегата» формируются таблица. Каждый из семи файлов соответствует расчету с одним из варьируемых параметров, при этом остальные варьируемые параметры зафиксированы на среднем значении. Макрос автоматически перебирает данные для исследования. По окончанию формирования таблицы из нее извлекаются данные для построения графиков (код макроса см. приложение 2)

2.2 Анализ результатов

Зависимость параметров от веерности.

Рисунок 2.1.1 Зависимость диаметров от веерности.

Рисунок 2.1.2 Зависимость изоэнтропийного перепада энтальпий от веерности.



, ,

Рисунок 2.1.3 Зависимость степени реактивности от веерности.

Зависимость степени реактивности от веерности. (***в связи с цбс Р1пер.>Р1вт., тогда перепад hр пер.>hр вт., а значит и «ро»т.пер.>«ро»т.вт.; запомним это и рассмотрим разницу Р1пер.>Р1вт., которая тем меньше, чем меньше длина лопатки, теперь принимая во внимание то, что корневая реактивность фиксирована, можно сказать что «ро»т.вт. уменьшается при росте d/l, т.к. при этом уменьшается длина лопатки.)

Рисунок 2.1.4 Зависимость КПД от веерности.



При росте параметра D\l скорость растет (т.к. U растет из )

Главный фактор влияющий на внутренний кпд является потеря от влажности которая в свою очередь зависит от сухости на входе и на выходе.

Рисунок 2.1.5 Зависимость частоты колебаний от веерности.

Рисунок 2.1.6 Зависимость потери с выходной скоростью от верности.



Рисунок 2.1.7 Зависимость растягивающих напряжений от веерности.

При росте D\l окружная скорость растет, поэтому из формулы (где напряжения будут уменьшаться, но в программе связан с статическим, поэтому напряжения растут.

Зависимость параметров от угла.

Рисунок 2.2.1 Зависимость диаметров от угла .

Из треугольника скоростей 

Рисунок 2.2.2 Зависимость изоэнтропийного перепада энтальпий от угла.

Рисунок 2.2.3 Зависимость степени реактивности от .

Рисунок 2.2.4 Зависимость КПД от . 

При росте растет , поэтому КПД падает

(***максимальный кпд имеет место лишь при осевом выходе потока из р.а. в абсолютном движении)

Рисунок 2.2.5 Зависимость частоты колебаний от .

Рисунок 2.2.6 Зависимость потери с выходной скоростью от .



Рисунок 2.2.7 Зависимость растягивающих напряжений от .

Рисунок 1.5 - При росте диаметр уменьшается, значит уменьшается окружная скорость , а значит из формулы (где , напряжения уменьшаются.

Зависимость параметров от угла.

Рисунок 2.3.1 Зависимость диаметров от угла. 

Рисунок 2.3.2 Зависимость изоэнтропийного перепада энтальпий от угла.

Рисунок 2.3.3 Зависимость степени реактивности от .



Рисунок 2.3.4 Зависимость КПД от .

Рисунок 2.3.5 Зависимость частоты колебаний от .

Рисунок 2.3.6 Зависимость потери с выходной скоростью от . 

Рисунок 2.3.7 Зависимость растягивающих напряжений от .

Итоговый вариант подбирается следующим образом: сначала из всех исследуемых вариантов варьируемых параметров нужно отсечь те, которые нельзя сделать. Дело в том, что в России, возможно проковать ротор только если он чуть больше или лучше - меньше 1 метра в диаметре.

Затем, из всех оставшихся вариантов следует выбирать тот, у которого лучшее соотношение по прочности и КПД.

Возможность изготовления:

Принцип выбора: получившейся Dк должен быть меньше или чуть больше 1 метра, иначе нельзя будет проковать ротор

(Dк=0,76 м)

Выбранные варьируемые параметры:

При таких варьируемых параметрах будут следующие параметры последней ступени:

Оценка эрозионной устойчивости:

Оценка эрозионной устойчивости делается по условным напряжениям от эрозии. (см. “Математическое обеспечение эскизного проектирования судового парового турбоагрегата” Ю.М.Погодин, К.В.Пшеничная на стр.61) Общий смысл этих формул показывает, что условные напряжения от эрозии прямо пропорциональны окружной скорости в четвертой степени. В моем случае эти условные напряжения от эрозии получились равными 30,28 МПа. Это значит, что длительность службы лопаток составит более 50000 часов.

Результат расчета по блоку 2

XAPAKTEPИCTИKИ ПOCЛEДHEЙ CTУПEHИ ПO PAДИУCAM.

РАБОЧИЙ АППАРАТ

II

I ХАР-КИ I R ПЕРИФ. I R СРЕДНИЙ I R КОРНЯ I

II

I C2 [м/с] I 200.85 I 182.20 I 162.40 I

II

I U2 [м/с] I 320.75 I 260.23 I 199.71 I

II

I W2 [м/с] I 343.15 I 318.27 I 278.65 I

II

I A2 [рад] I 1.3718 I 1.5700 I 1.7473 I

II

I B2 [рад] I 2.5305 I 2.5305 I 2.5305 I

II

I D2 [м] I 1.2258 I 0.9945 I 0.7632 I

II

I TLO [-] I 0.9212 I 0.7474 I 0.5000 I

II

I Psi [-] I 0.9359 I 0.9606 I 0.9404 I

II

I ROT [-] I 0.5477 I 0.3776 I 0.1000 I

II

I P2 [мПa] I 0.0067 I 0.0067 I 0.0067 I

II

є E2[кДж/кг] I 2379.2 I 2376.3 I 2378.6 I

II

I НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ I

II

I ХАР-КИ I R ПЕРИФ. I R СРЕДНИЙ I R КОРНЯ I

II

I C1 [м/с] I 298.49 I 349.77 I 421.05 I

II

I U1 [м/с] I 309.51 I 255.11 I 200.70 I

II

I W1 [м/с] I 142.24 I 168.47 I 258.75 I

II

I A1 [рад] I 0.4709 I 0.4709 I 0.4709 I

II

II

I B1 [рад] I 1.8817 I 1.2274 I 0.8305 I

II

I D1 [м] I 1.1829 I 0.9749 I 0.7670 I

II

I TLO1 [-] I 0.8695 I 0.8266 I 0.7683 I

II

I Fi [-] I 0.9719 I 0.9702 I 0.9719 I

II

I KPUZ [-] I 0.6675 I 0.7637 I 0.7769 I

II

I P1[мПа] I 0.0103 I 0.0090 I 0.0073 I

II

I E2[кДж/кг] I 2428.0 I 2411.4 I 2383.9 I

II

ЧИCЛO PAБOЧИX ЛOПATOK ZL1=132

ЧИCЛO COПЛOBЫX ЛOПATOK ZL11= 57

ПPOЧHOCTHЫE XAPAKTEPИCTИKИ И ПAPAMETPЫ

PAБOЧEЙ PEШETKИ B KOPHEBOM CEЧEHИИ

I OTH.MИHИMAЛЬHЫЙ I OTHOШEHИE ПЛOЩAДEЙ I KOЭФФИЦИEHT I

I MOMEHT I PAДИУC I KOPHЯ И ПEPИФEPИИ I ФOРМЫ I

I COПP. I ИHEP. I I I

I WM[-] I RHMO[-]I FPK [-] I FL [-] I

II

I 0.00459I 0.08996I 0.439 I 0.659 I

II

I OTHOCИTEЛЬHAЯ I XOPДA I УГOЛ I

I TOЛЩИHA BЫX. I ПPOФИЛЯ I УCTAHOBKИ I

I KPOMKИ I I I

I DKROK [-] I BMRK [-] I BYK [-] I

II

I 0.014 I 0.0392 I 1.3948 I

II

K ПOCTPOEHИЮ I-S ДИAГPAMMЫ ДЛЯ ПOCЛEДHEЙ CTУПЕHИ

ПOTEPИ [кДж/кг] BHУTP. (QBH) 9.876

B CA (QC) 3.80

B PA (QR) 4.25

C BЫX CKOP.(QC2Z1) 16.60

HA ПEPEПУCK B KOHД(QK) 15.01

ПEPEПAДЫ ЭHTAЛЬПИЙ [кДж/кг] :

ИЗOЭHTPOП.(HMSZ) 91.674

ИЗOЭHTP. ПO ПOЛHЫM ПAPAM.(HSZ) 104.26

OKPУЖHOЙ (HUZ) 79.631

BHУTP(HEZ) 69.755

ЭHTAЛЬПИИ [кДж/кг] : ПEPEД CTУП.(EOZ) 2459.95

ПOЛHAЯ ПEPEД CTУП.(EOZPOL) 2472.54

ЗA CA (E1) 2411.38

ЗA PA (E2) 2376.25

ЭHTPOПИИ [кДж/кг] : HA BX B CTУП.(SOZ) 7.640

HA BЫX ИЗ CA (S1) 7.652

HA BЫX ИЗ PA (S2) 7.666

ЗA CTУПEHЬЮ (SZH) 7.751

ДABЛEHИЯ [мПа] : ПEPEД CA (POZ) 0.0132

ЗA CA (P1) 0.0090

ЗA PA (P2) 0.0067

B KOHДEHCATOPE (PK) 0.0060

УДЕЛЬНЫЕ ОБЪЕМЫ ПАРА V1, V2 ,KГ/M3 15.0248 19.6179

ГEOMETPИЯ ПOCЛEДHEЙ CTУПEHИ

(BCE PAЗMEPЫ -B METPAX)

I ДЛИHA ЛOПATKИ I ШИPИHA CTУПEHИ I ШИРИHA PA I ШИPИHA CA I

I PA I CA IУ KOP.I У ПEPИФ I У KOP.IУ ПEPИФI У KOP. I У ПEPИФI

I 0.2313I 0.2079I0.1575I 0.1555 I 0.1491I 0.0194I 0.0436 I 0.0595 I

I ЗAЗOP M/Д CA И PA I PAДИAЛЬHЫЙ I ШИPИHA I KOPHEBAЯ I

I У KOP. I У ПEPИФ I ЗAЗOP I ДИAФPAГMЫ I ПEPEKPЫШA I

I 0.0135 I 0.0178 I 0.0017 I 0.0721 I 0.0019 I

KOЭФФИЦИEHTЫ ЗAПACA (KЗ) ПO OГPAHИЧEHИЯM

I KЗ ЧИCЛA I HA BЫXOДE I KЗ HAПPЯЖEHИЙ I

I-I

I ИЗ PAБ. I И3 COПЛ. I PACTЯЖ. I ИЗГИБA I

I PEШETKИ I PEШETKИ I I I

I KMW2 I KM1 I KSIGR I KSIGH I

I-I

I 1.20 I 1.11 I 1.265 I 3.642 I

I-I

I KЗ KPATHOCTИ I KЗ KPИTEPИЯ I KЗ OKPУЖHOЙ I

I KOЛEБAHИЙ PЛ I ЭPOЗИOHHOЙ I CKOPOCTИ I

I I HAДEЖHOCTИ I У ПEPИФEPИИ I

I KF I KIR I KUP I

I-I

I 1.23 I 0.78 I 1.09 I

I-I

I KЗ ДИAMETPA I KЗ ДИAMETPA I KЗ BTУЛ. I KЗ УГЛA I

I ПEPИФEPИИ I KOPHЯ I OTHOШE- I B2 I

I I I НИЯ I I

I KDP I KDK I KLZ I KB2 I

I-I

I 1.79 I 1.44 I 2.33 I 1.24 I

I-I

HAПPЯЖ. PACTЯЖ. B PЛ , MПA SIGR= 166.01

HAПPЯЖ. ИЗГИБA B PЛ , MПA SIGH= 6.86

KPИTEPИЙ ЭPOЗ. HAДEЖHOCTИ SIGIR= 63.82

ДИHAMИЧECKAЯ ЧACTOTA KOЛEБAHИЙ FAO=307.90

BHУTPEHHИЙ KПД KPEZ=0.669

CKOPOCTHAЯ XAPAKTEPИCTИKA NU=0.570

PEAKTИBHOCTЬ HA CPEД. PAДИУCE ROTSRZ=0.378

ПOTEPИ C BЫX. CKOPOCTЬЮ,KДЖ/KГ QC2Z1=16.60

CPEДHИЙ ДИAMETP PA ,M D2=0.995

ДИAMETP ПEPИФEPИИ ,M DP=1.226

ДИAMETP KOPHЯ ,M DK=0.763

ДЛИHA ЛOПATKИ CA ,M L1=0.208

ДЛИHA ЛOПATKИ PA ,M LR=0.231

ШИPИHA PA У KOPHЯ ,M BR=0.0392

УГOЛ BЫX. ИЗ CA ,PAД A1=0.4709

УГOЛ BX. B PA У KOPHЯ, PAД BK1=0.8305

УГOЛ BЫX ИЗ PA У KOPHЯ,PAД BK2=2.5305

ИЗOЭHTP.ПEPEПAД ПO CTAT.ПAPAMETPAM ,KДЖ/KГ HMSZ= 91.67

( Треугольники скоростей, меридианное сечение проточной части последней ступени, процессы расширения пара см. приложение 1)



3. Расчет первой (регулировочной) ступени

Назначение первой (регулировочной) ступени

обеспечивать количественное регулирование мощности агрегата;

перерабатывать возможно больший теплоперепад с достаточно высоким к.п.д;

устойчиво (по экономичности) работать в широком диапазоне изменения нагрузки;

Для выполнения количественного регулирования мощности т/а регулировочная ступень снабжается сопловым аппаратом, разделенным на группы, каждая из которых имеет отдельный сопловой клапан. Разбивка соплового аппарата первой ступени на группы и порядок включения групп позволяют изменить расход пара на турбину, а следовательно, и ее мощность . при выборе типа регулировочной ступени стараются переработать в ней относительно большой теплоперепад.

Увеличенный теплоперепад р/с позволяет:

сократить число ступеней в остальной проточной части турбины;

уменьшить утечки пара через наружные уплотнения и внутренние уплотнения первых ступеней ТВД;

увеличить высоты рабочих лопаток и направляющих аппаратов первых ступеней;

разгрузить корпус турбины от высоких температур и давлений.

Однако назначение очень больших теплоперепадов на р/с ведет к заметному ухудшению ее к.п.д.

XAPAKTEPИCTИKИ PEГУЛИPOBOЧHOЙ CTУПEHИ

ДЛЯ HAПPABЛЯЮЩEГO BEHЦA

C1(M/C) U(M/C) C1U(M/C) C2U(M/C) C2(M/C) R MC1 ALFG

563.15 203.19 555.67 -138.69 161.22 0.96 0.9924 0.1632

ДЛЯ PAБOЧEГO BEHЦA

W1(M/C) W2(M/C) UR1(M/C) UR2(M/C) BE1 BE2 Z MW2

364.03 351.75 203.32 203.32 0.25 0.24 0.91 0.62

OCTAЛЬHЫE XAPAKTEPИCTИKИ PC

GYOT TB PAR KPD HU(KДЖ/KГ) DR1(M) LR(M) NI(KBT)

0.030 0.039 0.041 0.78 141.179 0.777 0.024 823.09

COCTABЛЯЮЩИE ПOTEPЬ B BEHЦAX

KSIPR KSIKR FVT KSIPRC KSIKRC FVTC BYC TLOC BY TLO

0.131 0.019 0.052 0.041 0.017 0.044 0.533 0.978 1.466 0.544

1.BHУTPEHHИЙ KПД P.CKPVRS=0.6728(-)

2.BHУTPEHHИЙ ПEPEПAД ЭHTAЛЬПИЙ HA P.C.HIRS=122.433(KДЖ/KГ)

3.ЭHTAЛЬПИЯ ЗA P.C..E2RS=3011.33(KДЖ/KГ)

4.ДABЛEHИE ЗA P.CP2RS= 0.825(MПA)

5.ШИPИHA P.C..BRS=0.0700(M)

6.ШИPИHA PAБ.AППAPATA P.C.BPRS=0.0300(M)

7.ДЛИHA ЛOПATKИ P.C.:

-CA..LHRS=0.0218(M)

-PA..LPRS=0.0243(M)

8.CPEДHИЙ ДИAMETP P.C.:

-CAD1RS=0.7765(M)

-PAD2RS=0.7770(M)

Рис.3.1. Зависимость количества числа ступеней от степени понижения давления.

Рис.3.2. Зависимость длины проточной части от степени понижения давления.

Рис.3.3. Зависимость внутреннего КПД от степени понижения

Рис.3.4 Зависимость диаметра РС от степени понижения давления.

Рис.3.5. Зависимость длины РА регулировочной ступени от степени понижения давления

Определение количества ступеней и размеров проточной части группы однотипных ступеней.

Целями этого расчета является определение числа однотипных ступеней, длины проточной части, получение параметров первой и средней ступеней из группы однотипных ступеней и определение формы меридианного сечения проточной части и оценка КПД проточной части. Рассмотрим алгоритм расчета однотипных ступеней. Для расчета необходимо задать относительную скоростную характеристику первой ступени:

;

реактивность у корня ; отношение корневых диаметров первой и последней ступеней ; абсолютный угол выхода из СА первой ступени .

Принимаем в первом приближении длину лопатки и коэффициент скорости СА первой ступени из группы однотипных ступеней, т.е. задаём и .

Затем, используя отношение корневых диаметров первой и последней ступеней, находим корневой диаметр первой ступени()

Определяем средний диаметр СА первой ступени и окружную скорость на этом диаметре: ;

Рассчитываем степень реактивности на среднем радиусе, используя заданные реактивность у корня и абсолютный угол выхода их СА первой ступени:

Далее, нужно посчитать скоростную характеристику, соответствующую осевому выходу потока из СА:

Считаем расчетную скоростную характеристику:

Используя эту расчетную скоростную характеристику, находим фиктивную скорость и изоэнтропийный перепад на первую ступень:

;



После этого, определяем параметры потока за СА первой ступени:

;;

( было рассчитано в пункте 2 записки).

Затем программа, используя встроенную в неё S-I диаграмму находит точку пересечения (эта энтропия считается в пункте 2 записки) и . Эта точка соответствует параметрам пара за СА первой ступени, если бы процесс шел по изоэнтропе. Благодаря тому, что эта точка имеет такое же давление, как и соответствующая точка реального процесса, находится давление за СА. Если записать это в символах, то это будет выглядеть так:

Считается энтальпия реального процесса, соответствующая параметрам на выходе из СА:

Далее, программа опять обращается к своей S-I диаграмме для того, чтобы найти точку, соответствующую параметрам за СА в реальном процессе, чтобы используя её найти удельный объем пара за СА. В символах это будет выглядеть так:

Уточняется длина лопатки СА:



.

Если, получившееся длина СА отличается от заданной более чем на 0,001, весь расчет расписанный выше повторяется, в котором в качестве длины лопатки СА берется .

После этого программа, используя статистику, в зависимости от получившейся длину лопатки СА, задает её толщину, длину РА и толщину РА.

Далее программа приступает к расчету РА:

Определяются полные параметры в относительном движении на входе в РА (для этого программа предварительно строит треугольник скоростей на выходе из СА):

Далее определяется полная энтальпия на выходе из РА в относительном движении:

Теоретическая энтальпия на выходе из РА:

Теоретическая относительная скорость на выходе из РА:

Реальная относительная скорость на выходе из РА:



(где коэффициент скорости выбирается из диапазона 0,96 - 0,97).

Затем определяется площадь РА:

программа берет с S-I диаграммы: она проводит изоэнтропу из точки конца процесса в СА вниз до энтальпии , получается точка i2t относительно её программа определяет давление за РА; затем программа задает потери РА и определяет i2 и наконец, получает:

Затем определяется синус относительного угла выхода потока из РА:

Строится треугольник скоростей на выходе из РА из которого определяется выходная скорость потока из РА.

Расчет средней ступени. Вычисляется длина лопатки СА средней ступени:

Корневой диаметр средней ступени:



Рассчитываются средний диаметр СА средней ступени; окружная скорость и расход:

;;

Определяется перепад на среднюю ступень:

В зависимости от перепада определяется число ступеней в первом приближении.

Далее программа воспроизводит в себе S-I диаграмму, строит процесс в группе однотипных ступеней по данным первой и последней ступени и проводя линию по центру линии процесса находит параметры пара на входе в среднюю ступень.

Затем в первом приближении вычисляется абсолютный угол выхода из СА и задается коэффициент скорости:

Рассчитываются реактивность на среднем радиусе; скоростная характеристика, обеспечивающая осевой выход и расчетная скоростная характеристика. Формулы смотри выше, в расчете первой ступени - они будут идентичные (только надо ставить свои углы и диаметры).Затем уточняется абсолютный угол выхода. Для этого используется следующая цепочка формул:

;;;;

;;

Если разница получившегося угла от угла высчитанного в начале расчета больше некой допустимой ошибки, то расчет повторяется задав в качестве угла, угол который получен был чуть выше. Затем, высчитывается осредненный перепад на ступень и уточняется количество ступеней. Далее рассчитывается РА, также как и в первой ступени.

3.1 Анализ результатов влияния комплекса параметров {;}

Рис. 4.1.1 Зависимость числа ступеней от

Рис. 4.1.2 Зависимость числа ступеней от



Рис. 4.1.3 Зависимость длины проточной части от

Рис. 4.1.4 Зависимость длины проточной части от



Рис. 4.1.5 Зависимость внутреннего КПД от

Рис. 4.1.6 Зависимость внутреннего КПД от

Анализ графиков показывает, что внутренний КПД проточной части достигает своего максимума при ,а затем внутренний КПД проточной части падает, несмотря на рост числа ступеней. Соответственно, поэтому и выбираем такие скоростные характеристики:

3.2 Результат расчета по четвертому блоку

В Ы Х О Д Н Ы Е Д А Н Н Ы Е

OПPEДEЛEHИE ЧИCЛA CTУПEHEЙ,KПД И PAЗMEPOB ПPOTOЧHOЙ ЧACTИ

HИЗKOГO ДABЛEHИЯ TУPБOAГPEГATA.

OCHOBHЫE PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA П/П *BL4*.

ПEPBAЯ CTУПEHЬ.

ПАРАМЕТРЫ ПАРА EOX SO P1 P2 E2X S2

3011.4 7.1400 0.5217 0.4938 2921.1 7.1917

РАСХОДЫ ПАРА В СТУПЕНИ G0, G1, G2 6.723 6.578 6.310

1.CKOPOCTЬ(M/C).

I -HA BЫXOДE ИЗ C.A. I -HA BЫXOДE ИЗ P.A. I

I--I--I

I C1 I U1 I W1 I C2 I U2 I W2 I

I--I--I--I--I--I--I

I 441.88 I 203.54 I 245.28 I 92.99 I 203.54 I 275.62 I

УГЛЫ (PAД): -HA BЫXOДE ИЗ CA: A1=0.192 , B1=0.351

-HA BЫXOДE ИЗ PA: A2=2.324 , B2=2.893

ЧИСЛА МАХА :-C.A. M1=0.814 , -P.A. MW2=0.509

KOЭФФИЦИEHTЫ CKOPOCTИ (-): -C.A. FI1=0.951 , -P.A. FI2=0.948

УДEЛЬHЫЙ OБЬEM (M3/KГ): -C.A. V1= 0.433 , -P.A. V2= 0.454

CKOPCTHAЯ XAPAKTEPИCTИKA NU=0.4148

CTEПEHЬ PEAKTИBHOCTИ:

-У ПEPИФEPИИ ROTP=0.1389

-HA CPEДHEM PAДИУCE ROT=0.1016

-У KOPHЯ ROTK=0.0618

2.ПEPEПAДЫ ЭHTAЛЬПИЙ (KДЖ/KГ).

I-ИЗOЭHTPOПHЫЙ I-ИЗOЭHTP.ПOЛHЫЙ I - OKPУЖHOЙ. I-BHУTPEHHИЙ I

I HMS I HS I HU I HI I

I--I-I--II

I 115.929 I 120.253 I 101.185 I 90.336 I

3.ПOTEPИ (KДЖ/KГ).

I-BHУTPEHHИE I -B C.A. I -B P.A. I-C BЫX.CKOPOCTЬЮ I

I ZBN I QC I QP I QC2 I

I--I

I 0.090 I 10.404 I 4.340 I 4.324 I

COCTABЛЯЮЩИE BTУTPEHHИX ПOTEPЬ ZBN(-):

-OT BЛAЖHOCTИ KSIVL= 0.0000

-OTH.PACX. B PAД.ЗAЗOP HAД PA KSIRZ= 0.0614

-OTH.PACX. B PAД.ЗAЗOP ПOД CA KSIRZC= 0.0000

-ЧЕРЕЗ УПЛОТНЕНИЯ В ДИАФРАГМЕ ZUD2= 0.0215

-HEУЧTEHHЫE ZN= 0.0200

4.K.П.Д.(-).

I-OKPУЖHOЙ I-OKP.ПOЛHЫЙ I-BHУTPEHHИЙ I-BHУTP.ПOЛHЫЙ I

I KPDO I KPDOX I KPDV I KPDVX I

I-III--I

I 0.8414 I 0.8728 I 0.7512 I 0.7792 I

5.ГEOMETPИЯ CTУПEHИ (PAЗMEPЫ -B METPAX).

I ДЛИHA ЛOПATKИ I ШИPИHA CTУПEHИ I ШИPИHA C.A. I ШИPИHA P.A. I

I--II--I--I

I -P.A. I -C.A. I У KOPHЯI У ПEPИФ.I У KOPHЯI У ПEPИФIУ KOPHЯ I У ПEPИФI

I LP I LH I BSK I BSP I BNK I BNP I BRK I BRP I

I--II--I--I

I 0.0173 I 0.0139 I 0.1196 I 0.1196 I 0.0332 I 0.0332 I 0.0250 I 0.0250 I

I ЗAЗOP M/Д C.A. И P.A. I PAДИAЛЬHЫЙ I ШИPИHA I KOPHEBAЯ I

I--I ЗAЗOP I ДИAФPAГMЫ I ПEPEKPЫШA I

I У KOPHЯ I У ПEPИФEPИИ III-I

I SNK I SNP I RZ I BD I PK I

I 0.00680 I 0.00680 I 0.00101 I 0.07426 I 0.00150 I

CPEДHИЙ ДИAMETP(M):-CA: D1=0.7770 -PA: D2=0.7775

CPEДHЯЯ CTУПEHЬ.

ПАРАМЕТРЫ ПАРА EOX SO P1 P2 E2X S2

2775.6 7.4072 0.0995 0.0895 2691.4 7.4416

РАСХОДЫ ПАРА В СТУПЕНИ G0, G1, G2 6.723 6.692 6.563

1.CKOPOCTЬ(M/C).

I -HA BЫXOДE ИЗ C.A. I -HA BЫXOДE ИЗ P.A. I

I--I--I

I C1 I U1 I W1 I C2 I U2 I W2 I

I--I--I--I--I--I--I

I 395.74 I 213.53 I 193.90 I 93.91 I 213.53 I 261.08 I

УГЛЫ (PAД): -HA BЫXOДE ИЗ CA: A1=0.227 , B1=0.478

-HA BЫXOДE ИЗ PA: A2=1.921 , B2=2.797

ЧИСЛА МАХА : -C.A. M1=0.825 , -P.A. MW2=0.550

KOЭФФИЦИEHTЫ CKOPOCTИ (-): -C.A. FI1=0.970 , -P.A. FI2=0.960

УДEЛЬHЫЙ OБЬEM (M3/KГ): -C.A. V1= 1.756 , -P.A. V2= 1.911

CKOPCTHAЯ XAPAKTEPИCTИKA NU=0.4738

CTEПEHЬ PEAKTИBHOCTИ:

-У ПEPИФEPИИ ROTP=0.2754

-HA CPEДHEM PAДИУCE ROT=0.1789

-У KOPHЯ ROTK=0.0613

2.ПEPEПAДЫ ЭHTAЛЬПИЙ (KДЖ/KГ).

I-ИЗOЭHTPOПHЫЙ I-ИЗOЭHTP.ПOЛHЫЙ I - OKPУЖHOЙ. I-BHУTPEHHИЙ I

I HMS I HS I HU I HI I

I--I-I--II

I 96.979 I 101.388 I 89.140 I 84.101 I

3.ПOTEPИ (KДЖ/KГ).

I-BHУTPEHHИE I -B C.A. I -B P.A. I-C BЫX.CKOPOCTЬЮ I

I ZBN I QC I QP I QC2 I

I--I

I 0.050 I 4.948 I 2.891 I 4.409 I

COCTABЛЯЮЩИE BTУTPEHHИX ПOTEPЬ ZBN(-):

-OT BЛAЖHOCTИ KSIVL= 0.0000

-OTH.PACX. B PAД.ЗAЗOP HAД PA KSIRZ= 0.0238

-OTH.PACX. B PAД.ЗAЗOP ПOД CA KSIRZC= 0.0000

-ЧЕРЕЗ УПЛОТНЕНИЯ В ДИАФРАГМЕ ZUD2= 0.0047

-HEУЧTEHHЫE ZN= 0.0200

4.K.П.Д.(-).

I-OKPУЖHOЙ I-OKP.ПOЛHЫЙ I-BHУTPEHHИЙ I-BHУTP.ПOЛHЫЙ I

I KPDO I KPDOX I KPDV I KPDVX I

I-III--I

I 0.8792 I 0.9192 I 0.8295 I 0.8672 I

5.ГEOMETPИЯ CTУПEHИ (PAЗMEPЫ -B METPAX).

I ДЛИHA ЛOПATKИ I ШИPИHA CTУПEHИ I ШИPИHA C.A. I ШИPИHA P.A. I

I--II--I--I

I -P.A. I -C.A. I У KOPHЯI У ПEPИФ.I У KOPHЯI У ПEPИФIУ KOPHЯ I У ПEPИФI

I LP I LH I BSK I BSP I BNK I BNP I BRK I BRP I

I--II--I--I

I 0.0555 I 0.0515 I 0.1160 I 0.1160 I 0.0534 I 0.0534 I 0.0250 I 0.0250 I

I ЗAЗOP M/Д C.A. И P.A. I PAДИAЛЬHЫЙ I ШИPИHA I KOPHEBAЯ I

I--I ЗAЗOP I ДИAФPAГMЫ I ПEPEKPЫШA I

I У KOPHЯ I У ПEPИФEPИИ III-I

I SNK I SNP I RZ I BD I PK I

I 0.00841 I 0.00841 I 0.00112 I 0.07043 I 0.00167 I

CPEДHИЙ ДИAMETP(M):-CA: D1=0.8150 -PA: D2=0.8156

KПД ПO ПOЛHЫM ПAPAMETPAM ПEPBOЙ CTУПEHИ .KPVX1= 0.7792

KПД ПO ПOЛHЫM ПAPAMETPAM CPEДH. CTУПEHИ KPVSRX= 0.8672

-.ИЗ PACЧETA П/П *BL4*.

1.BHУTPEHHИЙ KПД ПPOTOЧHOЙ ЧACTИ HДKPIH1=0.7957

2.BHУTPEHHИЙ ПEPEПAД ЭHTAЛЬПИЙ B THД..HIH1=771.661(KДЖ/KГ)

3.KOЛИЧECTBO OДHOTИПHЫX CTУПEHEЙ THД..ZHD= 8(CT)

4.OCEBAЯ ДЛИHA ПPOTOЧHOЙ ЧACTИ THД.LHD=0.9492(M)

5.OCEBAЯ ШИPИHA CTУПEHEЙ:

-ПEPBOЙ..B1H=0.1196(M)

-CPEДHEЙ.BSRH=0.1160(M)

6.ШИPИHA PAБOЧEГO AППAPATA:

-ПEPBOЙ..BP1H=0.0250(M)

-CPEДHEЙ.BPSRH=0.0250(M)

7.ДЛИHA ЛOПATKИ:

-ПEPBOЙ CTУПEHИ :-C.ALH1=0.0139(M)

-P.ALP1=0.0173(M)

-CPEДHEЙ CTУПEHИ :-C.A..LHSR=0.0515(M)

-P.A..LPSR=0.0555(M)

8.CPEДHИЙ ДИAMETP:

-ПEPBOЙ CTУПEHИ :-C.A.D11=0.7770(M)

-P.A.D21=0.7775(M)

-CPEДHEЙ CTУПEHИ :-C.AD1SR=0.8150(M)

-P.AD2SR=0.8156(M)

Формирование эскиза ротора с учетом обеспечения нормальных условий работы подшипников

Эскизный синтез дискового ротора турбины активного типа проведем с учетом ограничений по прочности и вибронадежности с учетом обеспечения нормальных условий работы опорных подшипников. В качестве подшипников будем применять самоустанавливающиеся подшипники скольжения, что очень важно для роторов такого типа. Из условий обеспечения равномерной нагрузки на шейку ротора введем ограничение относительной длины подшипника, кроме того чем длиннее подшипник, тем больше неравномерность на отдельные участки подшипника. Для того чтобы найти диаметр подшипника, необходимо знать допускаемый диапазон его величины. Окончательное значение диапазона возможных диаметров подшипника определиться из условия обеспечения вибронадежности ротора. Для проверки этого условия необходимо найти критическую частоту ротора.

Критическая частота вращения совпадает с частотой собственных поперечных колебаний ротора на реальных опорах, поэтому критических частот вращения бывает бесконечное множество. Но для ПТУ актуальными являются две первых частоты из этого ряда. Так как наш турбоагрегат работает на турбогенератор, примем «гибкий» ротор, НЕСМОТРЯ на то, что морской регистр запрещает применение гибких роторов. В таком случае необходимо рассматривать быстрое прохождение через резонанс по первой частоте, а работу осуществлять на режиме между частотами первого и второго резонансов.

Результат расчета

ЗAПAC ПO KPИTИKE OБECПEЧEH ДЛЯ BCEX DP OT 0.231(M) ДO 0.107(M)

KOЭФФИЦИEHT ЗAПACA ПO KPИTИKE 1.248

ЗAДAHHЫЙ KOЭФФИЦИEHT ЗAПACA.. 0.800

I HOMEP I ДЛИHA I ДИAMETP I ПPOГИБ BAЛA I

I УЧ-KA I УЧ-KA I УЧ-KA I I

I N I [м] I [м] I [м] I

I--I--I-I-I

I 1 I 0.161 I 0.169 I 0.0000100 I

I 2 I 0.225 I 0.336 I 0.0000178 I

I 3 I 0.160 I 0.400 I 0.0000208 I

I 4 I 0.054 I 0.877 I 0.0000224 I

I 5 I 0.100 I 0.351 I 0.0000230 I

I 6 I 0.050 I 0.763 I 0.0000240 I

I 7 I 0.066 I 0.351 I 0.0000244 I

I 8 I 0.050 I 0.763 I 0.0000247 I

I 9 I 0.066 I 0.351 I 0.0000250 I

I 10 I 0.050 I 0.763 I 0.0000251 I

I 11 I 0.066 I 0.351 I 0.0000251 I

I 12 I 0.050 I 0.763 I 0.0000250 I

I 13 I 0.066 I 0.351 I 0.0000248 I

I 14 I 0.050 I 0.763 I 0.0000245 I

I 15 I 0.066 I 0.351 I 0.0000242 I

I 16 I 0.050 I 0.763 I 0.0000237 I

I 17 I 0.066 I 0.351 I 0.0000231 I

I 18 I 0.050 I 0.763 I 0.0000225 I

I 19 I 0.077 I 0.351 I 0.0000217 I

I 20 I 0.059 I 0.763 I 0.0000207 I

I 21 I 0.225 I 0.336 I 0.0000184 I

I 22 I 0.161 I 0.169 I 0.0000105 I

OБЩAЯ ДЛИHA POTOPA.. 1.969(M)

ВЕС РOTOРA . 24757.482(H)

ЗAПAC ПO ПPOЧHOCTИ B PACTOЧKE ПOД П.C. OБECПEЧEH

ДOПУCKAEMЫE HAПPЯЖEHИЯ 410.000(MПA)

HAПPЯЖEHИЯ 191.709(MПA)

KOЭФФИЦИEHT ЗAПACA. 2.139( - )

ДИAMETP PACTOЧKИ POTOPA.. 0.038( M )

ПРОТЕЧКА ПАРА ИЗ УРАВНИТ. КАМЕРЫ (ВЫПУСКА)К КАМЕРЕ УКУПОРКИ. -0.04038(КГ/СЕК)

ПРОТЕЧКА ИЗ КАМЕРЫ УКУПОРКИ К КАМЕРЕ ОТСОСА 0.03011(KГ/CEK)

ПОДПИТКА КАМЕРЫ УКУПОРКИ. 0.02055(KГ/CEK)

РАСХОД ПАРА ЧЕРЕЗ УПЛОТНЕНИЕ ДУММИСА. 0.16407(KГ/CEK)

СУММАРНЫЙ ПОТЕРЯННЫЙ РАСХОД ПАРА.. 0.24484(КГ/СЕК)

ЧИCЛO ГPEБHEЙ KOHЦEBOГO УПЛOTHEHИЯ(К.У).. 32

ЧИCЛO ГPEБHEЙ B УПЛOTHEHИИ ДУMMИCA. 24

ЧИCЛO OБOЙM KOHЦEBOГO УПЛOTHEHИЯ 4

ЧИCЛO OБOЙM УПЛOTHEHИЯ ОТ УРАВНИТ.КАМ. ДО КАМ.УКУПОРКИ.. 2

ЧИCЛO OБOЙM УПЛOTHEHИЯ.ОТ.КАМ.УКУПОРКИ ДО КАМ.ОТСОСА. 1

ЧИCЛO OБOЙM УПЛOTHEHИЯ ОТ КАМ.ОТСОСА ДО ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ 1

ЧИCЛO OБOЙM УПЛOTHEHИЯ.ДУMMИCA.. 3

Так как турбина активного типа, то осевая сила со стороны проточной части будет не значительна (она определяется степенью реактивности у корня, которая принимается малой по величине). Так же в дисках ротора делают разгрузочные отверстия (р.о снимают нагрузку с дисков По этому диаметр думиса будет мало отличатся от диаметра концевых уплотнений.

3.3 Расчет основных эскизных параметров турбины

Рассчитываемые в этом разделе параметры несут описательный характер полученного эскизного проекта турбоагрегата. На них необходимо обратить внимание с точки зрения их соответствия современным стандартам.

OCHOBHЫE ПAPAMETPЫ TУPБИHЫ

PEЗУЛЬTATЫ PACЧETA П/П *BL6*

BHУTPEHHЯЯ MOЩHOCTЬ THД,(KBT) 5187.7

BHУTPEHHЯЯ MOЩHOCTЬ T/A,(KBT) 5161.6

BHУTPEHHЙЙ KПД T/A, 0.7742

ЭФФEKTИBHЫЙ KПД T/A, 0.7665

ГAБAPИTЫ THД ИЛИ OДHOKOPПУCHOГO T/A

ДЛИHA ,(M) 2.422

ДИAMETP ,(M). 1.777

MACCA ,(T) 15.221

На основании полученных данных важных для внешнего потребителя можно сделать вывод по турбине в целом. Этот вывод состоит в том, что удовлетворяет ли спроектированная турбина техническому заданию или нет. Техническое задание было расписано в пункте 1 записки. Как видно из него, получившейся эффективный КПД т/а (0,7665) больше требуемого (0,75), поэтому данный турбоагрегат удовлетворяет техническому заданию.

Определение параметров потока в последней ступени у корня и периферии по теории цилиндрической ступени. Оценка прочности, вибронадежности и эрозионного износа рабочей лопатки последней ступени.

Профилирование лопаток на трех диаметрах.

Профилирование рабочих лопаток необходимо для создания каналов, соответствующих кинематике потока. Особенность профилирования рабочих лопаток последней ступени - подбор профилей для сечений, расположенных на различных радиусах. В нашей работе ограничимся 3 сечениями, но в реальном проектировании их число заметно больше. Подбор будем вести из предоставленных профилей, взятых из атласа Дейча. Первоначально спрофилируем корневое сечение, из него мы получим число рабочих лопаток, которого используем при подборе остальных профилей.



3.4 Профилирование лопаток на корневом радиусе

Исходные данные:

Используя атлас профилей, находим следующий, наиболее подходящий по кинематическим параметрам профиль:

Р-5535А,

С графика ,соответствующего нашему профилю, при условии , получаем при угле установке, тогда хорда профиля в первом приближении:

где из раздела 2.

Следующим действием найдем шаг установки:

с учетом найденного числа лопаток, пересчитаем шаг установки:

тогда уточним хорду:



Тогда, используя полученный коэффициент линейного моделирования, пересчитаем параметры атласного профиля.

Таблица 1 Геометрические характеристики подобранного профиля (Р-5535А корневой радиус)

	f, см^2	x0, мм	y0, мм	Ix1, см^4	Wx1сп, см^3	Wx1кр, см^3	Iy1, см^4	Wy1вх, см^3	Wy1вых, см^3
старые	0,911	10,50	5,40	0,0355	0,0946	0,0657	0,339	0,321	0,223
новые	2,100	15,94	8,20	0,1887	0,3312	0,23004	1,186	1,123	0,781

3.5 Профилирование лопаток на среднем радиусе

Исходные данные:

?

К сожалению, атлас не содержит подходящего профиля для рабочего аппарата, угол вышел слишком большим. Поэтому подберем сопловой профиль, что, конечно, очень не желательно. Сопловой профиль громоздкий с большими входными и выходными кромками, лопатка будет иметь утолщения к среднему сечению, все это значительно ухудшит аэродинамику течения и, соответственно, снизит КПД последней ступени.

C-6035А,

С графика , соответствующего нашему профилю, при условии , получаем при угле установке, тогда хорда профиля в первом приближении, при числе лопаток :



Тогда, используя полученный коэффициент линейного моделирования, пересчитаем параметры атласного профиля.

Таблица 2 - Геометрические характеристики подобранного профиля (C-6035А средний радиус)

	f, см^2	x0, мм	y0, мм	Ix1, см^4	Wx1сп, см^3	Wx1кр, см^3	Iy1, см^4	Wy1вх, см^3	Wy1вых, см^3
старые	1,796	17,93	7,68	0,153	0,282	0,199	2,42	1,35	0,893
новые	1,6209	17,0335	7,2960	0,1246	0,2418	0,1706	1,9711	1,1575	0,7656

3.6 Профилирование лопаток на периферийном радиусе

Исходные данные:

К сожалению, атлас не содержит соответствующего профиля, угол вышел слишком мал. Поэтому подберем максимально подходящий профиль.

C-9038А,

Чтоб скомпенсировать столь большие углы атаки, довернем профиль при установке на угол 34, из расчета 1 профиля (для такого рода профилей это возможная операция). То есть для нахождения требуемых значений относительного шага будем экстраполировать график, в результате имеем при.