Расчет регулирующей ступени

 

1. Уточняем высоту сопл ступени

, м (3.5)

где l_c – высота сопла, взятая из предварительного расчета ступени.

Расчет ведется для докритического истечения пара в сопловых и рабочих решетках с использованием моделей МЭИ, приведенных в
таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 - Характеристики сопловых и рабочих решеток

Обозначе-ние ступени	Наименование решетки	Профиль лопатки	Угол выхода, град, a1 и b2	Относитель-ный шаг решетки, = t / b	Отношение выходных сече-ний решеток, Fр / Fc
КС - ОА	Сопловая Первая рабочая Направляющая Вторая рабочая	С9012А Р2314А Р3021А Р4623А	11 ¸ 13 14 ¸ 16 20 ¸ 22 27 ¸ 30	0,70 ¸ 0,80 0,63 ¸ 0,69 0,60 ¸ 0,66 0,52 ¸ 0,59	1,0 1,53 ¸ 1,59 2,35 ¸ 2,50 3,40 ¸ 3,80
КС - 1А	Сопловая Первая рабочая Направляющая Вторая рабочая	С9015А Р2617А Р3525А Р5033А	14 ¸ 16 17,5¸ 19 23 ¸ 26 29 ¸ 34	0,72 ¸ 0,80 0,59 ¸ 0,67 0,54 ¸ 0,62 0,52 ¸ 0,59	1,0 1,50 ¸ 1,55 2,35 ¸ 2,50 3,40 ¸ 3,80
КД-1-2А	Сопловая Рабочая	С9012А Р2617А	11 ¸ 13 17,5¸19	0,72 ¸ 0,87 0,59 ¸ 0,65	1,0 1,60 ¸ 1,85
КД-2-3А	Сопловая Рабочая	С9015А Р3021А	13 ¸ 17 19 ¸ 24	0,70 ¸ 0,85 0,58 ¸ 0,68	1,0 1,50 ¸ 1,80

Примечания

1 КС – колесо скорости (двухвенечная ступень),

2 КД – колесо давления (ступень давления).

Комплект (КС-ОА) и (КД-1-2А) рекомендуется для формирования проточной части турбины мощностью до 50 МВт, а комплект (КС-1А) и
(КД-2-3А) для турбин мощностью 50 МВт и выше.

2. По заданной мощности выбираем тип колеса скорости КС-0А или
КС-1А, и из рисунка 3.3 – длину хорды профиля сопловой решетки b_c.

3. Определяем отношение: b_c/l_c^*, где l_c^* - уточненная высота сопловой решетки.

4. Находим отношение sinα_o/sinα₁,где α_о = 90 ^о – угол входа пара в сопловую решетку; α₁ – угол выхода пара из сопловой решетки, известный из предварительного расчета регулирующей ступени.

5. Из рисунка 3.4 определяем коэффициент расхода μ_с по вычисленным b_c/l_c^* и sinα_o/sinα₁.

6. Вычисляем площадь выходного сечения сопла F_c

_, м² (3.6)

где ν_1t и С_1t известны из предварительного расчета.

7. Находим степень парциальности ступени

. (3.7)

8. Из рисунка 3.3 определяем относительный шаг решетки по известному углу α₁ и принятому установочному углу α_у. Угол α_у выбирается с таким расчетом, чтобы искомый относительный шаг находился в оптимальном диапазоне = 0,7 ¸ 0,8.

9. Вычисляем шаг t_с сопловой решетки

, м. (3.8)

10. Определяем осевую ширину сопловой решетки

, м. (3.9)

11. Находим ширину сопловых каналов

_, м. (3.10)

12. Вычисляем число сопл Z_c в решетке

, штук. (3.11)

13. Уточняем величину степени парциальности

_. (3.12)

14. Задаемся по данным таблицы 3.1 отношениями горловых сечений венцов первой, направляющей и второй рабочей решеток в пропорции

. (3.13)

 

 

Рисунок 3.3

 

 

Рисунок 3.4

 

 

Тогда выходное сечение лопаточного аппарата:

а) первой рабочей решетки

F_p1 = 1,5*F_c, м²; (3.14)

б) направляющей решетки

F_н = 2,5*F_c, м²; (3.15)

в) второй рабочей решетки

F_p2 = 3,8*F_c, м². (3.16)

15. Задаемся отношением венцов первой рабочей, направляющей и второй рабочей решетки к высоте сопловой

(3.17)

Тогда высоты выходных сечений:

а) первого рабочего венца

l_p1 = 1,2*l_c^*, м ; (3.18)

б) направляющей решетки

l_н = 1,44 *l_c^*, м; (3.19)

в) второго рабочего венца

l_р2 = 1,73 *l_c^*, м. (3.20) 16. Определяем углы выхода потока пара из:

а) рабочих лопаток первого венца

; (3.21)

б) направляющих лопаток ; (3.22)

в) рабочих лопаток второго венца

. (3.23)

17. Из рисунка 3.5 определяем относительный шаг решеток и установочные углы:

а) первой рабочей ;

б) направляющей ;

в) второй рабочей .

 

18. Вычисляем шаги решеток:

а) первого рабочего венца

, м (3.24)

где b_p1 –хорда профиля первой рабочей решетки (см. рисунок 3.5).

б) направляющей

, м (3.25)

где b_н - хорда профиля Р-3021А или Р-3525А (см. рисунок 3.5).

Рисунок 3.5

в) второго рабочего венца

, м (3.26)

где b_p2 –хорда профиля Р-4623А или Р-5033А (см. рисунок 3.5).

 

19. Определяем число лопаток:

а) первого рабочего венца

, шт, (3.27)

б) направляющих

, шт, (3.28)

в) второго венца

, шт. (3.29)

Полученные значения лопаток округляются до ближайшего целого числа.

20. Находим осевую ширину решеток:

а) первого рабочего венца

, м; (3.30)

б) направляющей

, м; (3.31)

в) второго рабочего венца

, м. (3.32)

Поправку (0,001 ÷ 0,0015) следует выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить равенство , с целью унификации осевой ширины решеток.

21. Уточняем величину коэффициента скорости сопла по найденному значению высоты сопловой решетки φ^*_с из рисунка 2.3.

При > 1 % необходимо уточнить величину потерь в соплах , кДж/кг. При £ 1 %, сохраняется равной величине из предварительного расчета.

22. Определяем действительную скорость пара за сопловой решеткой

, м/с (3.33)

где - берется из предварительного расчета.

23. По известным U, α₁, С₁ строим выходной треугольник скоростей сопловой решетки (рисунок 3.6) в масштабе 1 мм – 5 м/с, из которого определяем графически относительную скорость пара на входе в рабочие лопатки первого венца W₁ и входной угол β₁.

 

 

Рисунок 3.6

24. По полученным значениям β_1, β₂, l_p1 из рисунка 3.7 находим величину коэффициента скорости ψ_р1 рабочих лопаток первого венца.

25. Распределяем суммарную реактивность на регулирующей ступени
Σρ (п.6 § 2.4), по рабочим и направляющим лопаткам в пропорции:

а) на первый рабочий венец

ρ₁ = 0,2 Σρ; (3.34)

б) на направляющие лопатки

ρ_н = 0,5 Σρ; (3.35)

в) на второй рабочий венец

ρ₂ = 0,3 Σρ. (3.36)

26. Рассчитываем располагаемые тепловые перепады на лопатках:

а) рабочих первого венца

, кДж/кг; (3.37)

б) направляющих

, кДж/кг; (3.38)

в) рабочих второго венца

, кДж/кг. (3.39)

Контроль:

, кДж/кг. (3.40)

27. Определяем теоретическую относительную скорость пара на выходе из рабочих лопаток первого венца:

, м/с. (3.41)

28. Находим тепловую потерю ∆h_p1 на рабочих лопатках первого венца:

, кДж/кг. (3.42)

29. Вычисляем действительную относительную скорость пара W₂ на выходе из рабочих лопаток первого венца

, м/с. (3.43)

30. По известным значениям U, β₂, W₂ строим выходной треугольник скоростей (см. рисунок 3.6) первой рабочей решетки, в том же масштабе, из которого графически находим величину абсолютной скорости пара на выходе из первого венца С₂ и выходной угол α₂.

31. Рассчитываем теоретическую абсолютную скорость пара C_1t^’ на выходе из направляющих лопаток

, м/с. (3.44)

32. По известным значениям α₁^’, α₂, l_н по рисунку 3.7 находим величину коэффициента скорости направляющих лопаток ψ_н также, как и для лопаток первого венца.

33. Определяем тепловую потерю ∆h_н на направляющих лопатках

, кДж/кг. (3.45)

 

 

Рисунок 3.7

 

34. Вычисляем действительную абсолютную скорость пара С₁^’ на выходе из направляющих лопаток

, м/с (3.46)

35. По известным значениям U, α₁^/, С₁^’ строим выходной треугольник скоростей направляющей решетки, из которого графически определяем величину относительной скорости пара W₁^’ на входе в рабочие лопатки второго венца и угол входа β₁^’.

36. Вычисляем теоретическую относительную скорость пара в выходном сечении рабочих лопаток второго венца

, м/с. (3.47)

37. По найденным значениям β₁^’, β₂, l_p2 по рисунку 3.7 находим величину коэффициента скорости рабочих лопаток второго венца ψ_р2.

38. Определяем тепловую потерю ∆h_p2 на втором венце рабочих лопаток

, кДж/кг. (3.48)

39. Вычисляем действительную относительную скорость пара на выходе из рабочих лопаток второго венца:

, м/с. (3.49)

40. По известным значениям U, β₂^’, W₂^’ строим выходной треугольник скоростей рабочей решетки второго венца, из которого графически определяем величину абсолютной скорости пара С₂^’ из регулирующей ступени и угол выхода α₂^’.

41. Вычисляем потерю тепла ∆h_вс с выходной скоростью

, кДж/кг. (3.50)

42. Определяем относительный лопаточный КПД регулирующей ступени по потерям

. (3.51)

43. То же, по данным треугольников скоростей (см. рисунок 3.6)

(3.52)

где знак «-» принять при α₂ > 90 ^о.

Контроль. Относительная разность между и должна составлять не более 1-2 %.

44. Определяем энтальпию пара на выходе из:

а) сопловой решетки

, кДж/кг; (3.53)

б) рабочих лопаток первого венца

, кДж/кг; (3.54)

в) направляющих лопаток

, кДж/кг; (3.55)

г) рабочих лопаток второго венца

, кДж/кг. (3.56)

 

45. Строим схему действительного процесса расширения пара в регулирующей ступени в i-s диаграмме (см. рисунок 3.8) и находим удельные объемы:

а) за соплами ν_с, м³/кг;

б) за вторыми рабочими лопатками ν_р2, м³/кг.

46. Вычисляем средний объем пара ν_ср, в котором вращается диск ступени

, (3.57)

47. Находим потерю мощности N_тв на трение и вентиляцию

, кВт (3.58)

где λ = 1 для Р₀ ≥ 90 бар;

λ = 1,15 для Р₀ < 90 бар,

величины l_p1, l_p2 подставляются в формулу (3.58) в сантиметрах, а d_рс в метрах.

48. Находим потерю тепла ∆h_тв на трение и вентиляцию

, кДж/кг (3.59)

где G – расчетный расход пара на турбину, кг/с.

49. Рассчитываем потерю тепла ∆h_вк на выталкивание неподвижной, относительно рабочих решеток, массы пара

, кДж/кг (3.60)

где m - число разделенных промежутками сопловых групп:

- для турбин КТЗ: m=6;.

- для турбин других заводов (ТМЗ, ЛМЗ, ХТЗ): m=4.

50. Вычисляем относительный внутренний КПД ступени

(3.61)

51. Определяем энтальпию пара i_рс за ступенью , кДж/кг. (3.62)

52. Находим использованный тепловой перепад регулирующей ступени

 

 

Рисунок 3.8

, кДж/кг. (3.63)

53. Определяем относительный внутренний КПД ступени

. (3.64)

Относительная разность между КПД, определенных по формулам (3.61) и (3.64), не должна превышать 1-2 %.

54. Находим внутреннюю мощность регулирующего колеса

, кВт. (3.65)

55. Находим состояние пара за регулирующей ступенью с учетом всех потерь по i-s диаграмме:

а) давление Р_рс, бар;

б) температура t_рс, ⁰С.

56. Заканчиваем построение теплового процесса двухвенечной регулирующей ступени в i-s диаграмме (см. рисунок 3.8). Тепловой процесс колеса скорости представляется ломаной 2-3-4-5-6-7-8-9.

Отрезок 2-3 представляет процесс расширения пара в сопловой решетке; 3-4 – на рабочих лопатках первого венца; 4-5 – на направляющих лопатках;
5-6 – на рабочих лопатках второго венца.

Отрезок 6-9 представляет собой повышение энтальпии пара за счет потерь тепла в ступени: где 6-7 – потеря с выходной скоростью; 7-8 – от трения и вентиляции; 8-9 – от выколачивания застойного пара из рабочих лопаток потоком свежего пара.