Реферат : Расчет ступени газовой турбины 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Технология


Расчет ступени газовой турбины




Исходные данные к расчёту ступени газовой турбины:

Ро,Мпа

То,К

Со,м\с

Р2,Мпа

G,кг\с

n,об\мин

А05

0,339

690

90

0,261

9,3

7800

Ро.Мпа - давление газа перед ступенью.

То,К - температура газов перед ступенью.

Со,м\с - скорость газов на входе в сопла.

Р2,Мпа - давление газов за ступенью.

G,кг\с - расход газа.

n,об\мин - частота вращения ротора турбины.

1. Газодинамический расчет ступени по среднему диаметру.

1.1. Цель этой части работы состоит в определении основных размеров сту­пени, её мощности и КПД, построении треугольников скоростей и хода про­цесса расширения газа на i-s диаграмме.

1.2. Полные параметры (параметры торможения) газа по состоянию перед сту­пенью.

1.2.1. Скорость звука в газе.

1,330

288,000 Дж/(кгК)


ао=

где: К- показатель адиабаты R- газовая постоянная

ao= 514,0988 м/с

1.2.2. Число Маха.

Мо=Со/ао.

Мо= 0,1751

1.2.3. Полная температура газа.

То*=То(1+2)

То*= 693,4892 К

1.2.4. Полное давление газа.

Ро*=Ро(1+Mo2)

Ро*= 0,3460 Мпа

1.3. Температура газа в конце адиабатического расширения отточки О* до точки 2t`

(приложение 1).

Т2t`= То*(Р2/Ро*)

Т2t` = 646,6552 К Т2

1.4. Полный адиабатический теплоперепад газа в ступени.

1.4.1. Теплоёмкость газа.

Ср=R

Ср= 1160,7273 Дж/КГ*К

1.4.2. Полный теплоперепад.

h*аg=Ср(То*-Т2t')

h*аg = 54361,53 Дж/кг

1.5. Предварительно принимаем для среднего диаметра:

1.5.1. Коэффициент скорости сопел - = 0,97,.. 0,98

1.5.2. Коэффициент скорости рабочих каналов - = 0,94...0,96

1.5.3. Угол выхода потока газа из сопел - = 18...25°

1.5.4. Степень реактивности турбины - = 0,2...0,4

Для нашего расчёта принимаем:

1 град.

рад.

0,97

0,94

18

0,25

0,3142

1.6. Адиабатический теплоперепад в соплах. 0,941

h*а.g.с.= h*а.g.(1 -)

h*а.g.с.= 40771,15 Дж/кг

1.7. Температура газа за соплами в конце адиабатического расширения от точки О* до точки 11.

Т1t=То*-h*а.g.с./Ср

Т1t = 658,3637 К

1.8. Давление газа за соплами.

P1=Po*( Т1t/To*)

Р1= 0,2806 Мпа

1.9. Действительная температура газа за соплами при расширении по полит­ропе.

Т1 = To*(P1/Po*)

Т1 = 660,3892 к

1.10. Плотность газа по параметрам за соплами.

1 = Р1/(RТ1)

1= 1,4752 кг/м

1.11. По расчетным параметрам построим процесс расширения газа в соплах

на i-s диаграмме.

1.12. Фиктивная скорость газа в ступени.

=

= 329,7318 м/с

1.13. Абсолютная скорость газа на выходе из сопел.

С1 =

С1 = 276,9894 м/с

1.12. Оптимальное значение характеристики ступени.

Хопт =

Хопт= 0,5326.20

1.13. Окружная скорость на среднем диаметре.

Хопт

175,6217 м/с

1.14. Средний диаметр ступени.

= 60

= 0,43023 м.

1.15. Высота сопловой лопатки.

|С =

|С= 54,51874 мм

1.16. Необходимо выполнить следующие проверки соотношений расчетных геометрических и термодинамических параметров ступени.

1.16.1. Веерность ступени.

/|С = 7,8915

1.16.2. Проверка рабочих лопаток на прочность от действия центробежных сил.

1.16.2.1. Напряжения, развивающиеся в рабочей лопатке.

= 2

= 2 кг/мм

1.16.2.2. Условие прочности рабочей лопатки.

где - предел длительной прочности материала, принятый в качестве показателя прочности, = 1,5...2.0 - запас прочности лопатки. I

= 120кг/мм - предел длительной прочности для принятого материала (1), длля температуры газа T = 733 К и заданного срока службы лопатки =(20...40) х10 часов.

60,0 кг/мм

1.16.2.3. Проверка правильности выбора степени реактивности ступени на среднем диаметре заключается в оценке величины степени реактивности в корневом сечении для принятого закона закрутки ступени.

Для обобщённого закона закрутки.

Где m - показатель степени закрутки, принимаем равным: 1,000

= 0,888249

1.17. Относительная скорость входа газа в рабочие каналы.

=122,62609

1.18. Угол входа газа в рабочие каналы.

= 0,77262 рад.

= 44,26770 град.

1.19. По величинам, , , ,,и следует построить входной треугольник скоростей для среднего диаметра (рис. )

1.20. Полные параметры газа по состоянию перед рабочими лопатками:

1.21.1. Скорость звука в газе.

= 502,9468 м/с

1.21.2. Число маха по абсолютной скорости.

= 0,55073

1.21.3. Число маха по относительной скорости.

0,2438

1.21.4.Полная температура газа в абсолютном движении.

= 693,4388 К

1.21.5. Полное давление газа в абсолютном движении.

= 0,3416 МПа

1.21.6.Полная температура газа в относительном движении.

= 666,8667 К

1.21.7. Полное давление газа в относительном движении.

= 0,2918 МПа

1.22.Температура газа за рабочими лопатками при адиабатическом расширении.

= 648,6447 К

1.23. Действительная температура газа за рабочими лопатками при расширении по политропе.

= 650,7399 К

1.24. Плотность газа по параметрам за рабочими лопатками.

= 1,3926 кг/м3

1.25.По рассчитанным параметрам можно построить процесс расширения газа в рабочих каналах на i-s диаграмме.

1.26. Адиабатический перепад на рабочих лопатках.

= 13632,1959 Дж/кг

Целесообразно проверить выполнение условия

13590,3833 Дж/кг

1.27. Относительная скорость выхода газа из рабочих каналов.

= 193,3330 м/с

1.28. Геометрические параметры рабочих лопаток (см.рис. )

1.29.1. Перекрышка рабочих лопаток должна составлять = 3...5 мм и может быть оценена по формуле:

= 1,8 + 0,06

= 5,0711 мм

1.29.2. Общая перекрышка в ступени должна быть распределена между периферийной и корневой перекрышками.

= (0,40...0,45)

= (0,55...0,60)

= 2,2820 мм

= 2,7891 мм

1.29.3. Высота рабочей лопатки.

= 59,5899 мм

1.29.3. Средний диаметр рабочей решётки.

.= 430,7417 мм

1.30. Угол выхода потока газа из рабочих каналов.

= 25,3766 гр.

= 0,4429 рад.

1.31. Скорость выхода газа из ступени.

= 82,86127 м/с

1.32.Угол выхода газа из ступени.

= 90,6523 гр.

= 1,58218 рад.

1.33. По величинам \Л/2, С2, а2, р2, строим выходной треугольник скоростей для среднего сечения (рис. ), что позволит проконтролировать правильность соотношений между ними и в целом по ступени.

1.34.Работа на окружности ступени.

= 46098,8260 Дж.

Эта величина может быть определена и по другим формулам.

= = 46098,83 Дж.

= = 46098,83 Дж.

1.35. Мощность вырабатываемая ступенью,

= 428719,08 Ватт.

1.36. Окружной КПД ступени.

Коэффициент использования энергии газа, в данном расчете принимаем х=0.

= 0,84800

1.37. Полные параметры газа по состоянию за ступенью.

1.37.1. Скорость звука в газе.

= 499,2588 м/с

1.37.1.Число Маха по относительной скорости выхода газа.

= 0,38724

1.37.2. Число маха по скорости выхода газа из ступени.

= 0,16597

1.37.3. Полная температура газа в относительном движении.

= 666,840818 К

1.37.4. Полное давление газа в относительном движении.

= 0,28802 Па

1.37.5. Полная температура газа в абсолютном движении.

= 653,69748 К

1.38. Использованный теплоперепад.

= 46187,3244 кДж/кг

Эта величина должна совпадать с величиной работы на окружной скорости

с точностью до погрешности в вычислений.

1.39. Потери энергии в ступени.

1.39.1. Потеря в соплах.

=

= 2351,10411 кДж/кг

1.39.2.Потеря в рабочих каналах.

=

= 2431,92263 кДж/кг

1.39.3. Потеря с выходной скоростью.

= 3432,99463 кДж/кг

1.39.4. Контроль величины использованного тепло перепада.

= 46145,51 кДж/кг

1.40. Изменение энтропии.

1.40.1. Процесс в соплах.

= 3,650

1.40.2. Процесс в рабочих каналах.

= 3,78822

1.41. Имеющиеся данные позволяют завершить построение процесса расширения газа в ступени на i-s диаграмме.

1.42. Построение эскиза продольного разреза проточной части ступени (рис. )

Для определения геометрических параметров, которые не были ранее рассчитаны, имеются рекомендации[ ].

Вр.к.=(0,2...0,4)lp. Вр.к.= 23,836 мм

Вр.п.=(0,12...0,3)lр. Вр.п.= 17,877 мм

Вс.к.=Вс.п.=(1,2...1,5)Вр.к. Вс.к.= 35,754 мм

=(0,2...0,4)1р = 23,836 мм

=(0,01...0,02)1р. = 1,192 мм

Ширина рабочей лопатки в корневом сечении может быть оценена по формуле:

Вр.к. =

Вр.к.= 18 мм

где: 0,1- коэффициент формы корневого сечения;

- относительный шаг решетки в корневом сечении;

- угол выхода потока из рабочей решетки в корневом сечении.

2. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СТУПЕНИ С УЧЁТОМ ЗАКОНА ЗАКРУТКИ.

2.1. Условия выполнения расчёта:

2.1.1. В общем случае расчеты такого типа проводятся для осевого зазора между сопловой и рабочей решётками и для осевого зазора за ступенью. В данной работе второй расчёт можно не выполнять, т.к. ступень проектируется близкой к оптимальной, у которой и мало, закрутка потока за ступенью незначительна. Отсюда следует, что Р2 можно принимать постоян­ной по высоте ступени.

2.1.2. Ввиду переменности многих параметров по высоте закрученной ступени для её профилирования недостаточно расчёта по среднему диаметру. Обычно выполняют расчеты для сечений на расстоянии 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 высоты ло­патки. В настоящей работе достаточно провести расчеты для корневого, среднего и периферийного сечений.

2.1.3. Исходными данными для этой части расчетов служат:

- закон закрутки ступени,

- размеры ступени,

- параметры ступени , рассчитанные на среднем диаметре.

2.1.4. Ряд параметров: параметры газа перед ступенью, в частности, Ро*, То*, а также коэффициенты скорости и постоянными по высоте ступени.

2.1.5. Из постоянства по высоте ступени Ро*, То* и Р2 вытекает весьма важное следствие о постоянстве по высоте ступени полного располагаемого тепло перепада *.

2.1.6. Расчеты для всех сечений ступени однотипны и могут выполняться одновременно. Для таких расчетов целесообразно табличная форма.

2.2. Предварительные расчеты.

2.2.1. Радиус корневого сечения.

к=

к= 185,5759 мм

2.2.2. Радиус периферийного сечения.

п=

п= 245,1658 мм

2.2.3.Окружные составляющие абсолютных скоростей газа на среднем диаметре.

= 263,4326 М/С

.= -0,943323 м/с

2.2.4. Осевая составляющая абсолютной скорости выхода газа из сопел на среднем диаметре.

= 85,59444 М/С

2.3. Примечания к методике.

2.3.1. Данные в колонку для среднего сечения могут быть перенесены из расчета по среднему диаметру, однако, для контроля хода расчетов целесообразно эти данные также вычисляются по общему правилу.

2.3.2. Последовательность и формулы вычислений для "обратного" закона зак­рутки в строках 3, 4. 5 следующие:

Строка 3. Угол выхода потока из сопел

Строка 4. Осевая составляющая скорости

Строка 5. Окружная составляющая скорости

1



Overview

Лист1
Лист2
Лист3


Sheet 1: Лист1

P0,Мпа= 1,162

a0(Скорость звука в газе)=

702,9378350893



T0,К = 1290
C0,м/с = 155 M0 ( Число Маха ) = 0,2205
P2,Мпа = 0,75 0,75 0,75
G,кг/с = 120 T*0(Полная температура газа)= 1300,3491
n,об/мин= 7340
k = 1,33 P*0(Полное давление газа)= 1,2000
R,Дж/(кг*К)= 288

T2t`(Т. Газа в конце ад.расш. )= 1157,2066


Cp(Теплоёмкоть газа)= 1160,7273


h*ад(Полный теплоперепад)= 166149,40

Коэффициент скороти сопел = 0,97 h*ад.с.(Адиабатический теплоперепад в соплах) = 116304,5788

Коэффициент скороти рабоих канало = 0,97 T1t(Темп. газа за соплами в конце ад. расш.) = 1200,1494

Угол выхода потока газа из сопел = 18 P1(Давление газа за соплами) = 0,8686370644 868637,0644

Степень реактивности ступени = 0,3 T1(Действие Т газа за сопл. при расш. по политре)= 1205,8504

Коэф. формы пера раб. лопатке kф = 0,5 p1(Плотность газа по параметрам за соплами)= 2,5012

Плотность матер. в раб. лопатке pм = 8000 Cф(Фиктивная скорость газа на выходе из сопел)= 576,4536

m = 1 C1(Абс. скорость газа на выходе из сопел)= 467,8268


Xопт(Опт. значение характеристики ступени)= 0,5513


U(Окружная скорость на среднем диаметре)= 317,8070


Д1ср(Средний диаметр ступени)= 0,8269


lс(Высота сопловой лопатки)= 0,1277 127,7


Д1ср/lс(Веерность ступ. должна нах. в диап. -=-4)= 6,4733


Q(Напряжения,развивающиеся в раб. лопатке)= 124821900,9 12,4822


Pk(Пров. прав. выбора степени реакт. ступ. на сред. диам.)= 0,0624


W1(Относительная скорость входа газа в рабочие каналы)= 192,5089


B1(Угол входа газа в рабочие каналы)= 48,6736


a1(Скорость звука в газе)= 679,6241


M1(Число Маха по абсолютной скорости)= 0,6884


Mw1(Число Маха по относительной скорости)= 0,2833


T*1c(Полная температура газа в абсолютном движении)= 1300,1284


P*1c(Полное давление газа в абсолютном движении)= 1176522,4559


T*1w(Полная температура газа в относительном движении)= 1221,8144


P*1w(Полное давление газа в относительнпм движении)= 915922,330207897


T2t(Темп. газа за рабочими лопатками при адиаб. расш.)= 1162,7037


T2(Действительная темп. газа за раб. лоп. при расш. Пол.)= 1166,1162


p2(Плотность газа по параметры за рабочими лопатками)= 2,2332


hад.р(Адиабатический теплоперепад в рабочих лопатках)= 50081,5965390075


Целесообразно выполнить проверку условия hад.р.=p*h*ад 49844,8194772827 Проверка выполнима


W2(Относительная скорость выхода из рабочих каналов)= 359,3230


Перекрыша рабочими лопатками сопловых лопаток должна ссоставлять дl=3…15


дl = 9,4647 0,0095


Общая перекрыша в ступени должна быть распределина между перефирийной и корневой перекрышами


дlk =(0.4…0.45) = 3,9 0,0039


дln =(0.55…0.6) = 5,2 0,0052


lp(Высота рабочей лопатки)= 137,2 0,1372


Д2ср(Средний диаметр рабоей решетки)= 0,8282


B2(Угол выхода потока из рабочих каналов)= 24,7634


C2(Скороть выхода газа из ступени)= 150,7488


Угол выхода газа из ступени = 86,7774


Lu(Работа на окржноти тпени)= 144095,033341795


Проверка по формулам


первая Lu = 144095,033341795


вторая Lu = 144095,033341795


N(Мощность , вырабатываемая ступенью)= 17291404,0010153


u(Окружной КПД ступени)= 0,86726


a2(скорость звука в газе)= 668,3331


Mw2(Число Маха по относительной скорости выхода газа)= 0,5376


M2(Число Маха по скорости выхода газа из ступени)= 0,2256


T*2w(Полная температура газа в относительном движении)= 1221,7335


P*2w(Полное давление газа в относительном движении)= 904925,897227682


T*2(Полная температура газа в абсолютном движение)= 1175,9054


h(Использованный теплоперепад)= 144445,176510874


дhc(Потеря в соплах)= 6617,3650


дhр(Потеря в рабочих каналах)= 3961,0278


дhв.c.(Потеря с выходной скоростью)= 11362,6060


h(Контроль величины использованного теплоперипада)= 144208,3994


S1-S1t(Проццессс в соплах)= 5,6978


S2-S2t(Процесс в рабочих каналах)= 3,4786


Bp.k.=(0.2…0.4)lp= 0,0412

Bp.n.=(0.15…0.3)lp= 0,0274

Bc.k.=Bc.n.=(1.2…1.5)Bp.k.= 0,0535

S=(0.2…1.4)lp= 0,0343

Q=(0.01…0.02)lp= 0,0027



r 0,3455 0,4141 0,4827

_r_ 0,8343 1 1,1657

C1u 533,2744050762 444,9297688721 381,6963

C1a 138,7082281404 144,5664453469 147,9973

a1 14,5799406401 18 21,1931

С1 551,0186599955 467,8268 409,3840

U 265,5764577766 317,8070 371,0414

W1 309,5186474393 192,5089 127,8242

B1 33,3756 48,6736 81,7663

h*ад.c. 161,3463511868 116,3045787803 89,0611

p 0,0289 0,3 0,4640

T1t 1161,34 1205,8504 1223,6204

P1 0,7609 0,8686 0,9392

T1 1169,1300995238 1205,8504 1228,0265

a1 669,1962293092 679,6241 685,8449

M1 0,8234 0,6884 0,5969

Mw1 0,4625 0,2833 0,1864

T*1w 1210,3981025094 1221,8144 1235,06

P*1w 0,8750 0,9159 0,9610

T*1 1299,92 1300,1284 1300,22

P*1 1,1666 1,1765 1,1823

T2t 1164,9643956219 1162,7037 1161,3736

hад.p. 4,8352 50,0816 77,3659

T2 1167,6014704786 1166,1162 1165,6038

W2 315,0220203501 359,3230 401,1988

C2u 10,1572 8,4745 7,2701

B2 28,9214 24,7634 19,4465

С2а 152,3478 150,5104 133,5696429426

С2 152,6859984389 150,7488 133,7673488733

a2 86,185685677 86,7774 86,8845

Lu 144,3226296536 144,0950 144,3226

u 0,8673 0,8673 0,8673

a2 668,7586 668,3331 668,1863

Mw2 0,4711 0,5376 0,6004

P*2w 0,8670 0,9049 1,0975

дhc 9,0369 6,6174 5,1143

дhp 3,0609 3,9610 4,9102

дhb.c. 11,6565 11,3626 8,9469

h 166,1256 144,2084 166,1304

S-S1t 8,1390 5,6978 4,2869

S2-S2t 2,6706 3,4786 38,240













































































Sheet 2: Лист2












Sheet 3: Лист3











Похожие работы: