Порядок  расчета  одновенечной  ступени

 

1. По статическим параметрам перед ступенью  и кинети-ческой энергии на входе  по H – S диаграмме определяются параметры торможения перед ступенью  Располагаемый теплоперепад ступени от параметров торможения, кДж/кг:

 

 

Здесь h ₀ – располагаемый теплоперепад от статических параметров , найденный в предварительном расчете турбины; С ₀ – абсолютная скорость на входе в ступень (скорость выхода из предыдущей ступени С ₂), м/с;   – коэффициент использования этой скорости в данной ступени. Для промежуточных ступеней = 0,8–1,0, для регулирующей и первой нерегу-лируемой ступени турбины  = 0.

2. Окружная скорость на среднем диаметре, м/с:

 

 

3. Располагаемые теплоперепады в сопловой и рабочей решетках, кДж/кг:

 

 

4. По H – S диаграмме, рис. I.2, определяются параметры пара за решетками Р ₁, Р ₂, V _{1 t}, V _{2 t}.

5. Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решетки, м/с:

 

 

6. Скорость звука в потоке пара за сопловой решеткой, м/с:

 

 

где k – показатель изоэнтропы; для перегретого пара k = 1,3, для влажного пара k = 1,035 + 0,1 ^. Х ₁; Х ₁ – степень сухости за сопловой решеткой.

7. Число Маха сопловой решетки:

 

 

8. Выходная площадь сопловой решетки предварительная, м²:

а) при M _{1 t}    < 1

 

б) при M _{1 t}   > 1

 

где коэффициент расхода сопловой решетки предварительно принимается, = 0,97 (с последующим уточнением).

9. В регулирующих, а также в первых нерегулируемых ступенях турбин малой мощности нередко применяется парциальный подвод пара, чтобы обеспечить приемлемую высоту лопаток l ₁≥ 12 мм. Для таких ступеней вначале определяется произведение, м:

 

 

Здесь угол α_1эф задается в диапазоне 11–12 °.

10. Оптимальная степень парциальности:

 

 

При е _opt ≥ 0,7 в нерегулируемых ступенях целесообразно принимать е _opt = 1.

11. Высота сопловых лопаток, м:

 

 

Примечание: при расчете промежуточных ступеней высота лопаток определяется иначе. Поскольку в предварительных расчетах уже определены средние и корневые диаметры на всем протяжении проточной части, высота рабочих лопаток определяется как разность диаметров:

l ₂ = d _ср– d _к,

где d _ср и d _к   – средний и корневой диаметры ступеней.

Тогда высота сопловых лопаток:

,

где ∆= ∆ 1 + ∆ 2– суммарная перекрыша, табл. I.1.

Эффективный угол сопловой решетки определяется по найденной высоте l ₁:

                                            

.

Здесь степень парциальности е _opt подбирается такой, чтобы обеспечить  ≥ 8 ^о.

12. Выбирается значение хорды b ₁, мм. (Выбор хорды b ₁подробно освещен в подразделе 3.1).

13. Определяется отношение выбранной хорды к высоте сопловых лопаток , по которому уточняется коэффициент расхода сопловой решетки: 

для перегретого пара: μ₁= = 0,982–0,005 b ₁/ l ₁;

для ступеней, работающих в области влажного пара, вводится поправка:

μ₁=  = .

 

Здесь Х ₁ – степень сухости за сопловой решеткой.

14. После уточнения коэффициента μ₁ расчет повторяется от пункта 8.

15. Определяется коэффициент скорости сопловой решетки:

 

 = 0,980–0,009 b ₁/ l ₁.

 

16. Действительная абсолютная скорость выхода из сопел, м/с:

 

 

17. Если число Маха M _{1 t} > 1, имеет место отклонение потока в косом срезе от оси сопловых каналов на угол δ. С учетом отклонения угол выхода потока из сопловых каналов определяется по формуле Бэра:

 

Рис. I.1. Проточная часть одновенечной ступени с таблицей перекрыш

 

Рис. I.2. Процесс расширения одновенечной ступени

 

где С _кр – критическая скорость потока, м/с; V _кр – объем пара в минималь-ном сечении сопел при критическом давлении Р _кр ;  для перегретого пара и 0,577 – для насыщенного; k = 1,3 для перегретого пара и 1,035 + 0,1 Х ₁ – для влажного. Критический объем V _кр определяется по давлению Р _кр с помощью электронных таблиц или по уравнению изоэнтропы

 

Если M _{1 t} < 1, то отклонения в косом срезе не происходит и .

18. По значениям числа M _{1 t}, углов α₀= 90 ° и α_1эф  выбирается профиль сопловой решетки, а для выбранного профиля – относительный шаг  (Приложение XI). 

19. Шаг сопловых лопаток, мм:

 

 

20. Число сопловых лопаток:

 

 

После округления Z ₁ до ближайшего целого значения шаг t ₁ уточня-ется.

21. Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку, м/с:

 

 

22. Угол входа в рабочую решетку, град:

 

 

23. Потеря энергии в сопловой решетке, кДж/кг:

 

Значение ∆ h _c откладывается от точки А _{1 t} вверх по изобаре P ₁ (рис. I.2). Точка А ₁характеризует состояние пара перед рабочей решеткой.

24. Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решетки, м/с:

 

 

25. Скорость звука и число Маха рабочей решетки:

 

 

где V _{2 t} – объем пара за рабочей решеткой, рис. I.2.

26. Высота рабочих лопаток, м (см. также Примечание к пункту 11):

 

 

где ∆ = ∆ 1 +∆ 2 – суммарная перекрыша, табл. I.1.

27. Выбирается значение хорды b ₂, мм (см. подраздел 3.1).

28. Коэффициент расхода рабочей решетки:

для перегретого пара 

 

μ₂ = = 0,965 – 0,015 b ₂/ l ₂;

 

для влажного пара с поправкой:

 

= .

 

Здесь Y = ; Х ₂ – степень сухости за рабочей решеткой.

29. Выходная площадь рабочей решетки, м²:

 

 

30. Угол выхода из рабочей решетки, град:

 

31. По значениям числа М _{2 t}, углов β₁и β_2эф выбирается профиль рабочей решетки (Приложение XI). Для него принимается значение относительного шага

32. Коэффициент скорости рабочей решетки:

 

 = 0,957 – 0,011 b ₂/ l ₂.

 

33. Действительная скорость выхода из рабочей решетки, м/с:

 

 

34. Абсолютная скорость выхода из ступени, м/с:

 

 

35. Угол выхода потока из ступени, град:

 

 

36. Шаг рабочих лопаток, мм:

 

 

37. Число рабочих лопаток:

 

После округления Z ₂ до ближайшего целого значения шаг t ₂уточняется.

 

 

Рис. I.3. Треугольники скоростей одновенечной ступени

 

38. Потеря энергии в рабочей решетке, кДж/кг:

 

 

39. Потеря с выходной скоростью, кДж/кг:

 

 

40. Значения ∆ h _л и ∆ h _вс откладываются вверх по изобаре P ₂, рис. I.2.

41. Располагаемая энергия ступени, кДж/кг:

 

 

где χ₂ = 0,8–1,0. В последней ступени турбины и ступенях перед отборами пара χ₂ = 0.

42. Относительный лопаточный КПД:

 

 

 

Расхождение между значениями η_ол не должно превышать 1,5 %.

43. Коэффициент потерь от трения боковых поверхностей рабочего колеса в паровой среде:

 

 

где K _тр ≈ (0,45–0,8) ∙ 10^–3 [1, 2].

44. Потери от трения, кДж/кг:

 

 

45. Коэффициент потерь от парциального подвода пара (только при е _opt < 1):

 

 

где   i – число сопловых сегментов (для регулирующей ступени i = 4, для нерегулируемых ступеней i = 1);                 е _кож = 0,8(1 – е _opt) – доля окружности рабочего колеса, закрытая противо-вентиляционным кожухом.

46. Потери от парциального подвода, кДж/кг:

 

 

47. Коэффициент потерь от протечек через диафрагменное уплотне-ние (в регулирующей ступени диафрагма отсутствует и эта потеря не учи-тывается):

 

,

 

где F _у = π d _у δ _у – площадь зазора в уплотнении, м²; d _y – диаметр уплотнения, м, определяется по чертежу прототипа; δ _у = (0,5–0,8) ∙ 10^–3 – радиальный зазор в уплотнении, м; μ _у = 0,68–0,78 – коэффициент расхода уплотнения; z _у ≈ 5–7 – число гребней уплотнения; μ₁ – коэффициент расхода сопловой решетки.

48. Коэффициент потерь от протечек через бандажные уплотнения поверх рабочих лопаток:

 

 

где d _п = d _ср + l ₂, м; δ_r,δ_а – радиальный и осевой зазоры; δ _r = (0,5–0,8) ^. 10^{-3, м}; δ_а = (4–6) ^. 10^-3, м; z – число гребней бандажного уплотнения (обычно z = 2).

49. Суммарная потеря от утечек, кДж/кг:

 

 

50. Коэффициент потерь от влажности:

 

 

где y ₀, y ₂ – степень влажности перед и за ступенью, у = 1 – Х; Х – степень сухости.

51. Потери от влажности, кДж/кг:

 

 

52. Полезно использованный теплоперепад ступени, кДж/кг:

 

h _i = Е ₀– ∆ h _c   – ∆ h _л – (1 – χ₂) ∆ h _вс– ∆ h _тр – ∆ h _парц – ∆ h _ут– ∆ h _вл.

 

53. Внутренний относительный КПД:

 

 

54. Внутренняя мощность ступени, кВт:

 

N _i = G·h _i = G·E ₀ · η_oi.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ II