Расчет потерь, относительного внутреннего КПД и мощности регулирующей ступени

N п/п	Показатель			Обознач.	Размер-ть	Формула,обоснован		Значение
1.	2.			3.	4.	5.		6.
1	Потери энергии в			DHC	кДж/кг	из предыдущей таб-		7,66
	сопловой решетке					лицы
2	Потери в рабочей			DHРЛ	кДж/кг	из предыдущей таб-		3,98
	решетке					лицы
3	Потери с выходной			DHВС	кДж/кг	DHВС=с22/2*103		4,41
	скоростью
4	Относительный ло-			hол	-	hол=(H0P-SDH)/H0P		0,832
	паточный КПД
5	Потери на трение			zТ	-	zТ=(kTPd(u/cФ)3)/		0,00386
	диска					(pel1sina1)
6	Потери от утечек			zУ	-	zУ=(pdndЭhол/F1)*		0,004216
						(r+1,7l/d)1/2
7	Потери от парциаль-			zП=zВ+zсегм	-	zВ=(kВ(1-e-0,5eкож)/
	ности(сумма потерь					(esina1))*(u/cФ)3		0,008151
	от вентиляции и сег-					zВ=0,25(B2l2+0,6BI2lI2)	0,001068 +0,007083=
	ментных потерь)					(uih0i/cФ)/F1
8	Относительный			hоi	-	h0i=h0Л-zT-zУ-zП
	внутренний КПД							0,81618
9	Использованный теп-			HiP	кДж/кг	HiP=H0Phoi
	лоперепад ступени							78,21
10	Внутренняя мощ-			Ni	кВт	Ni=GHiP		13687
	ность ступени
11	Пар-ры	давление		PP	МПа	PP=P2		9,38
12	пара в	энтальпия		hP	кДж/кг	hP=h0-HiP		3377,249
13	камере рк	уд.объем		vP	м3/кг	f(hP;PP)		0,0347

 

 

КОММЕНТАРИИ К ТАБЛИЦАМ 2.1-2.2

 

(1) Выбор степени реактивности.

Выбор степени реактивности р ступени является в общем случае технико-экономической задачей. Однако для случая регулирующей ступени этот выбор в значительной степени упрощается: регулирующая ступень выполнена активной. Это определяется, прежде всего, стремлением сработать в регулирующей ступени значительный тепловой перепад.

Для одновенечной регулирующей ступени рекомендуется принимать р = 0,03 - 0,07.

 

(2) Определение коэффициента расхода

При определении выходных сечений сопловых и рабочих решеток необходимо учитывать реальный характер течения в решетках. Наличие пограничного слоя, неравномерность полей скоростей и вторичные течения приводят к отличию действительного расхода через сечение от теоретического, что и учитывается коэффициентом расхода μ. Коэффициент расхода зависит от геометрических параметров решетки (прежде всего, от относительной высоты лопаток l = l/b), и от параметров потока (прежде всего, от числа Маха). Зависимость коэффициента расхода μ от числа Маха и относительной высоты лопаток показана на рис. 1.2. Для регулирующих ступеней в первом приближении можно принять l₁= 0,3 - 0,5 и l₂= 0,5 - 1, для нерегулируемых ступеней – l₁= 0,5 - 1 и l₂= 2 – 4.

 

(3) Выбор эффективного угла выхода потока

Для ступеней активного типа обычно применяются решетки с углами α_1э от 11 до 16°.

 

(4) Определение степени парциальности

Оптимальную степень парциальности можно определить из полуэмпирических формулы для одновенечных ступеней 6·(0,0174)^0.5=0,9193

 

(5) Выбор относительной высоты решетки (выбор хорды профиля решетки)

Хорда профиля решетки b выбирается таким образом, чтобы обеспечить прочность лопатки или жесткость диафрагмы. Для регулирующих ступеней ЦВД хорда профиля сопловых лопаток лежит в пределах b₁= 50 - 100 мм, рабочих лопаток – b₂ = 20 - 50 мм.

 

(6) Определение коэффициентов скорости

Для вычисления действительной скорости истечения потока из сопловых и рабочих решеток необходимо определить соответствующие коэффициенты скорости φ и ψ, определяемые потерями в решетках. Потери, в свою очередь, зависят от множества факторов: геометрических, аэродинамических, режимных и т.д. Для ориентировочных расчетов наиболее целесообразно использовать графики, приведенные на рис.2.3 и построенные по упрощенным формулам, обобщающим расчетные и экспериментальные данные. Определяющим параметром в этом случае является относительная высота решеток.

 

Рис. 2.2 Коэффициент расхода в зависимости от числа Маха и относительной высоты лопаток

Рис. 2.3 Коэффициенты скорости в зависимости от относительной высоты лопаток

    (7) Высота рабочих лопаток

Теоретически высота рабочей лопатки на входе с достаточной степенью точности равна выходной высоте сопловой решетки. Практически рабочие лопатки всегда выполняются с перекрышей по отношению к высоте сопловой лопатки. Исходя из этого, для активных ступеней с относительно невысокими решетками следует выбирать перекрышу у корня Dк- 0 - 1,5 мм и у вершины Dп=1,5 - 4 мм. Поскольку в активных ступенях ЦВД увеличение удельного объема пара в рабочих лопатках очень незначительное, технологически целесообразно выполнять лопатки постоянной высоты и следовательно высота лопатки определяется высотой лопатки на входе, т. е. l₂=l₂^вх

    (8) Потери от утечек

Кроме основного рабочего потока пара, протекающего через сопловые и рабочие лопатки, в ступени имеется ряд протечек, снижающих ее КПД. В регулирующей ступени это главным образом утечки поверх бандажа рабочих и направляющих лопаток. Эти утечки могут быть подсчитаны по следующей формуле:

       Утечки поверх бандажа зависят от осевого зазора между сопловыми коробками и лопаточным бандажом и от радиального зазора над бандажом, а эквивалентный зазор может быть определен по следующей формуле:

где δ_a - осевой зазор (1-3 мм); δ_r - радиальный зазор (0,8 - 1,2 мм); z - количество гребней бандажных уплотнений.

(9) Потери от парциальности

В формулах для определения потерь на вентиляцию и сегментных потерь

коэффициент вентиляции k_в принимается равным 0,065; количество венцов m = 1; часть окружности, которую занимает кожух, предназначенный для уменьшения потерь на вентиляцию (применяется при е < 0,6); e_кож<1-e; количество сопловых коробок i= 4.