Построение рабочего ориентировочного процесса в ЦВД

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ.

 

Расчет мощности

Н_о= =3445,1 - 2855,56 = 589,5 кДж/кг.

Р_о=12,8 Мпа, t_о=550 ^оС Þ h_о=3473,5 кДж/кг, v =0.02735 м³/кг.

МВт

Построение рабочего ориентировочного процесса в ЦВД

1.2.1 Давление перед соплами первой ступени

МПа

1.2.2 Тепловой перепад проточной части кДж/кг

Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень

1.2.3 Оценка экономичности реглирующей ступени

Внутренний относительный КПД регулирующей ступени

.

1.2.4 Построение ориентировочнонго процесса регулирующей ступени в i-s диаграмме

Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени

кДж/кг

Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени

кДж/кг

1.2.5 Оценка экономичности нерегулируемых ступеней ЦВД

Распологаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени:

кДж/кг

кДж/кг

1.2.6 Определение состояния пара за ЦВД

 

Использованный тепловой перепад всего ЦВД

кДж/кг

Внутренний относительный КПД ЦВД

 

1.3 Ориентировочный расчет регулирующей ступени

Задаемся:

· Степенью реакции регулирующей ступени, r=0,08

· Углом напрвления потока пара соплами, a_1Э=13°

· Отношние u/с₀=0,4

· Коэффициент расхода сопл,

Условная теоретическая скорость по всему располагаемому тепловому перепаду

м/с

Распологаемый тепловой перепад в соплах

кДж/кг

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с

Окружная скорость на среднем диаметре регулирующей ступени

м/с

Средний диаметр ступени

Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки

м

Оптимальная степень парциальности

Высота сопловой решетки

мм

1.4 Определение размеров первой нерегулируемой ступени

Таблица 1.1

Величина	Размер-ность
	КДж/кг
	—	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
	м/с	264,5751	282,8427		316,2278	331,6625	346,4102
	м/с	119,0588	127,2792		142,3025	149,2481	155,8846
	м	0,758336	0,810696	0,859873	0,906385	0,950625	0,992895
	—	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
	КДж/кг	29,75		38,25	42,5	46,75
	м/с	243,9262	260,7681	276,5863	291,5476	305,7777	319,3744
	м^3/кг	0,0385	0,039	0,0394	,0398	0,0403	0,0408
	мм	59,34702	52,60304	47,23783	42,94566	39,53198	36,68725
	—	12,37349	10,8268	9,623824	8,661442	7,874038	7,217868

 

По данным таблицы строим график. С его помощью выбираем диаметр первой нерегулируемой ступени, число ступеней и высоту сопла:

Средний диаметр — d^I = 0,99 м кДж/кг.

Число ступеней — z = 8 шт мм.

Высота сопла — мм

 

 

1.5 Определение размеров и теплового перепада последней ступени ЦВД

Таблица 1.2

Величина	Размер-ность
	м	0,95	1,045	1,14	1,235
	м/с	149,15	164,065	178,98	193,895
	—	0,45	0,45	0,45	0,45
	кДж/кг	54,92771	66,46253	79,0959	92,82783
	—	0,15	0,15	0,15	0,15
	кДж/кг	46,68855	56,49315	67,23152	78,90366
	м/с	305,5767	336,1343	366,692	397,2497
	°
	м^3/кг	0,1554	0,1554	0,1554	0,1554
	м	0,152639	0,126148	0,105999	0,090319
	м	0,797361	0,918852	1,034001	1,144681

 

По данным таблицы строим график. По нему находим:

Средний диаметр посленей ступени — d_z= 1080 мм

Корневой диаметр — d^к_z= 0,952 м

Высота сопл посленей ступени — l₁^z=0,128 м

Тепловой перепад посленей ступени — h_o^z=71 кДж/кг

 

1.6 Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада.

 

Для этого необходимо сделать графическое построение изменения диаметров ступеней проточной части, изменение тепловых перепадов, a_1э, х_о, r от первой до последней нерегулируемой ступени.

Разбиаем базовый отрезок на m частей

Строим зависимость d(m)

Для каждой точки отрезка от 1 до m+1 находим значения d

С помощью которых посредством формулы:

 

находим соответствующие теплоперепады:

 

 

m
dz	0,99	1,002857	1,015714	1,028571	1,041429	1,054286	1,067143	1,08
h0z		1,57143	63,14286	64,71429	66,28571	67,85714	69,42857

 

 

На основании этих зависимостей определяется средний тепловой перепад на одну ступень

Где m — число отрезков

Число нерегулируемых ступеней

, где

a — коэффициент возврата теплоты; k=4,8×10^-4

после определения и округления z,базовый отрезок разбивается на z-1 равных частей

и в каждой точке от 1 до z определяются значения диаметров и теплоперепадов

(r и a_1э-имеют постоянную величину и не завияст от номера ступени)

кДж/кг

Таблица 1.3

№ ступени	Диаметр, м	h0 по графику	±h - поправка	Коррект. величина	Степень реакции, r	Угол. a1э
	0,99		-0,013	59,987	0,15
	1,002857	61,57143	-0,18143	61,39	0,15
	1,015714	63,14286	-0,20786	62,935	0,15
	1,028571	64,71429	-0,23429	64,48	0,15
	1,041429	66,28571	-0,25571	66,03	0,15
	1,054286	67,85714	-0,28714	67,57	0,15
	1,067143	69,42857	-0,30857	69,12	0,15
	1,08		0,972	71,972	0,15

 

кДж/кг

(1 + 0,02098)504,55-542,931=15,84 кДж/кг

 

 

 

Детальный расчет нерегулируемых ступеней

Таблица 4.1.

№ п/п	Наименование Величины	Размерность	Расчетная ф-ла. Порядок опр-ия	Номер ступени
I	II	X
	Расход пара	кг/с	G’ – с учетом утечки через конц. упл-ние	208,95	208,95	208,95
	Давление перед ступенью	МПа	Р0 – по i-s диаграмме	9,45	7,875	2,02
	Температура пара перед ступенью	°С	t0 – по i-s диаграмме	507,4	479,8	291,8
	Энтальпия пара перед ступенью	кДж/кг	i0 – по i-s диаграмме	3400,65	3349,9	3005,3
	Заторможенный поток: а) энтальпия	кДж/кг		3405,73	3353,77	3009,3
б) давление	МПа	`Р0 – по i-s диаграмме	9,597	7,971	2,062
в) температура	°С	`t0 – по i-s диаграмме	510,58	481,86	294,03
	Изоэнтропный теплоперепад	кДж/кг	h0 - из ориентировочно-го расчета	59,987	61,39	71,97
	Теплоперепад ступени с учетом параметров заторможенного потока	кДж/кг		65,01	65,17	75,99
	Фиктивная скорость	м/с		360,58	361,03	389,85
	Давление за ступенью	МПа	Р2 – по i-s диаграмме	7,875	6,49	1,5
	Средний диаметр ступени	м	d – из ориентировочно-го расчета	1,02228	1,02716	1,09635
	Окружная скорость	м/с		160,58	161,37	172,21
	Отношение скоростей	—		0,4453	0,44697	0,4417
	Степень реакции	—	r - из ориентировочно-го расчета	0,15	0,15	0,15
	Изоэнтропный перепад сопловой решетки	кДж/кг		51,0	52,18	61,17
	Давление за сопловой решеткой	МПа	Р1 – по i-s диаграмме	8,107	6,69	1,574
	Теор. удел. Объем за сопловой решеткой	м^3/кг	u1t – по i-s диаграмме	0,0398	0,0466	0,01477
	Полный изоэнтр. Перепад за сопл. Решеткой	кДж/кг		56,01	55,96	65,19
	Отношение давлений	—		0,8447	0,8397	0,7633
	Абсолют. теор. Скорость за сопл. Решеткой	м/с		334,7	334,5	361,1
	Скорость звука за сопл. Решеткой	м/с		647,65	636,62	549,75
	Число Маха	—		0,5168	0,5254	0,6568
	Выходное сечение сопл решетки(по полному расходу пара)	мм^2		25304,8	29671,8	87767,3
	Число гребешков диафр. уплотнения	—	z1y - принимаем
	Диаметр вала под уплотнениями	мм	dy1 - принимаем
	Радиальный зазор уплотнения	мм		0,5	0,5	0,5
	Площадь конц. зазора в уплотнении	мм^2		785,4	785,4	785,4
	Величина утеки через диафр. Уплотнение	кг/с		1,67	1,426	0,4855
	Расход пара через сопловую решетку	кг/с		207,28	207,52	208,46
	Площадь выходного сечения српловой решетки	мм^2		25102,54	29469,34	87563,34
	Эффективный угол выхода сопл. Решетки	°	a1э- задается
	Степень парциальности ступени	—	е - задается
	Высота сопловой решетки	мм		30,44	35,53	98,45
	Профиль сопловой решетки	—	Атлас профилей	C9015A	C5515A	C5515A
	Угол установки	°	aу - атлас профилей	36,41	42,77	42,77
Осевая ширина	мм	В1 - атлас профилей	34,72	34,8	34,8
Хорда профиля	мм		58,49	51,25	51,25
	Шаг сопловой решетки	мм		50,17	43,6	43,6
	Количество сопловых каналов	шт
	Ширина соплового канала в выходном сечении	мм		29,78	29,62	29,62
	Коэффициент потерь энергии сопловой решетки	—	x1 – по приложению 2	0,0837	0,0710	0,0434
	Коэффициент скорости	—		0,9572	0,9638	0,9781
	Скорость потока за соплами	м/с		320,39	322,41	353,18
	Отношение скоростей	—		0,5012	0,5005	0,4876
	Угол направления относительной скорости за сопловой решеткой	°		29,115	29,079	28,418
	Относительная скорость	м/с		170,42	171,69	192,08
	Потеря энергии сопловой решетки	кДж/кг		4,2687	3,7048	2,6547
	Изоэнтропный теплоперепад рабочей решетки	кДж/кг		8,998	9,2085	10,7955
	Распологаемая энергия рабочей решетки	кДж/кг		23,52	23,948	29,242
	Теоретическая относительная скорость за рабочей решеткой	м/с		216,89	218,85	241,84
	Давление за рабочей решеткой	МПа	Р2 – по i-s диаграмме	7,875	6,49	1,5
Теор. удельный объем за рабочей решеткой	м^3/кг	u2t – по i-s диаграмме	0,0409	0,0479	0,1537
	Скорость звука за рабочей решеткой	м/с		647,08	635,71	547,46
	Число Маха	—		0,3351	0,3443	0,4417
	Параметры заторможенного потока перед раб. решеткой: а) давление	МПа	`Р1 – по i-s диаграмме	8,5	7,021	1,712
б) удельный объем	м^3/кг	`u1 – по i-s диаграмме	0,0385	0,045	0,1387
	Отношение скоростей	—		0,9265	0,9244	0,8762
	Угол потока за рабочей решеткой	°	b2э = b1-6	24,4721	24,4721	24,4721
	Высота рабочей решетки по полному расходу	мм		31,907	36,8561	101,69
	Диаметр надбандажного уплотнения	мм		1054,19	1064,02	1198,04
	Веерность ступени	—		32,039	27,866	10,871
	Реакция на переферии ступени	—		0,2007	0,2079	0,2882
	Утечки через верхний зазор рабочих лопаток	кг/с		3,424	3,013	1,425
	Расход пара через рабочую решетку	кг/с		203,85	204,51	207,04
	Площадь выходного сечения рабочей решетки	мм^2		41207,36	47986,14	143042,4
	Выходная высота рабочей решетки	мм		30,974	35,898	100,254
	Профиль рабочей решетки	—	Атлас профилей	P3524A	P3524A	P3021A
	Шаг рабочей решетки	мм		15,891	17,92	27,32
	Угол установки	°	bу - атлас профилей	79,595	79,595
Осевая ширина	мм	В2 - атлас профилей	28,395	28,395	42,869
Хорда профиля	мм		28,87	28,87	43,29
	Количество каналов рабочей решетки	шт
	Ширина канала в выходном сечении	мм		6,583	7,423	11,317
	Коэффициент скорости рабочей решетки	—		0,9448	0,9451	0,9518
	Коэффициент потерь в рабочей решетке	—	x2 – приложение 2	0,1073	0,1068	0,0940
	Относительная скорость за рабочей решеткой	м/с		204,92	206,83	230,19
	Угол направления абсолютной скорости за рабочей решеткой	°		73,013	72,851	68,636
	Абсолютная скорость за рабочей решеткой	М/с		88,761	89,799	102,392
	Потеря энергии рабочей решетки	КДж/кг		2,542	2,558	2,749
	Потеря с выходной скоростью	КДж/кг		3,939	4,032	5,242
	Распологаемая энергия ступени	КДж/кг		60,901	61,316	69,953
	Относительный лопаточный КПД	—		0,87553	0,88471	0,84782
	Относительная потеря энергии от утечек через диафрагму	—		0,007	0,006	0,00197
	Относительная потеря энергии от утечки поверх раб. лопатки	—		0,014346	0,01276	0,00578
	Потеря энергии от утечек	КДж/кг		1,3	1,1526	0,5422
	Мощность трения и вентиляции	КВт	Nтв	105,8	92,56	39,94
	Тепловая потеря от трения и вентиляции	КДж/кг		0,5063	0,44269	0,1911
	Относительная потеря от выколачивания	—
	Относительная потеря от трения и вентиляции	—		0,0083	0,00722	0,00273
	Тепловая потеря от выколачивания	КДж/кг
	Внутренний теплоперепад ступени	КДж/кг		51,515	52,652	58,574
	Внутрнний относительный КПД ступени	—		0,84587	0,85869	0,83733
	Внутреняя мощность ступени	КВт			11001,5	12239,1

*)

 

Турбина в целом:

 

На основе машинного расчета:

электрическая мощность

внутренний относительный КПД турбины

.

 

 

ПЕРЕМЕННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ.

1. Номинальный расход:

Общее количество сопл

Z₀=53

Расределим их по группам:

z₁ = 19; z₂ =17; z₃ = 17;

Площадь сечения каждой группы сопл:

 

 

 

Таблица 5.1

№ п/п	Величина	Порядок определения	Раз- Мерность
0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,054
	Расход пара		кг/с	42,8992	64,3488	85,7984	107,248	128,697	150,147	171,596	193,046	214,496	234,744
	Давление за соплами регулирующей ступени		МПа	2,42906	3,23470	4,10504	5,00646	5,92479	6,85323	7,78817	8,72752	9,67	9,67
	Отношение давлений		—	0,18977	0,25271	0,32070	0,39113	0,46287	0,53540	0,60845	0,68183	0,75546	0,75546
	Коэффициент расхода		—	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96
	Отношение давлений		—	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,95	0,9	0,81	0,81
	Расход через первый клапан		кг/с	91,1359	91,1359	91,1359	91,1359	91,1359	91,1359	90,1865	85,4399	76,8959	76,8959
	Расход через второй клапан		кг/с	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	80,6911	76,4442	68,7998	68,7998
	Расход через третий клапан		кг/с	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	81,5405	80,6911	76,4442	68,7998	68,7998
	Расход через четвертый клапан		кг/с	23,9827	23,9827	23,9827	23,9827	23,9827	23,9827	23,7329	22,4838	20,2354	20,2354

Расчет на переменный режим работы

Таблица 5.2

№	Величина	Порядок определения	Ед изм	Gп/G0
0,2	0,3	0,4	0,42425	0,5	0,6	0,7	0,79115	0,8	0,9		1,0944
	Расход пара		кг/с	42,8992	64,3488	85,7984		107,248	128,697	150,147	169,7	171,596	193,046	214,496	234,744
	Давление за соплами регулирующей ступени		МПа	2,42906	3,23470	4,10504	4,32152	5,00646	5,92479	6,85323	7,70529	7,78817	8,72752	9,67	9,67
	Отношение давлений		-	0,18977	0,25271	0,32070	0,33761	0,39113	0,46287	0,53540	0,60197	0,60845	0,68183	0,75546	0,75546
	Давление в камере регулирующей ступени		МПа	2,39418	3,17564	4,02223	4,33017	4,90031	5,79559	6,70117	7,53251	7,61338	8,53009	9,45	9,45
		Поток через полностью открытые клапаны
	Номер П.О.К.	№ пок	-	-	-	-					1+2	1+2	1+2	1+2+3	1+2+3+4
	Расход через П.О.К.	Gпок	кг/с				91,5	91,5	91,5	91,5	169,7	169,7	169,7	214,496	223,437
	Отношение давлений		-	0,19483	0,25843	0,32733	0,34448	0,39878	0,47164	0,54534	0,61299	0,61957	0,69418	0,76904	0,76904
	Использованный теплоперепад		кДж/кг	199,243	185,244	170,079	166,303	154,35	138,312	122,090	107,198	105,75	89,3285	72,8500	72,8500
		Поток через частично открытые клапаны
	Номер Ч.О.К.	№ чок	-				-				-			-	-
	Расход через Ч.О.К.		кг/с	42,8992	64,3488	85,7984	-	15,748	37,1976	58,6472	-	1,8968	23,3464	-	-
	Относительный пропуск пара		-	0,45188	0,67783	0,90377	-	0,18540	0,43793	0,69047	-	0,02233	0,27486	-	-
	Отношение начальных давлений		-	0,45188	0,67783	0,90377	-	0,41	0,557	0,75	-	0,609	0,705	-	-
	Давление за Ч.О.К		МПа	5,78416	8,67625	11,5683	-	5,248	7,1296	9,6	-	7,7952	9,024	-	-
	Отношение давлений		-	0,41392	0,36601	0,34769	-	0,93375	0,81289	0,69803	-	0,97667	0,94526	-	-
	Использованный теплоперепад		кДж/кг	151,019	161,564	165,597	-	-18,7746	63,1980	88,4793	-	-42,6539	-25,1819	-	-
		Регулирующая ступень в целом
	Усредненный теплоперепад		кДж/кг	151,019	161,564	165,597	167,217	128,928	116,602	108,962	107,198	104,109	75,48	72,85	69,3408
	Энтальпия за регулирующей ступенью		кДж/кг	3322,48	3311,93	3307,90	3306,28	3344,57	3356,89	3364,53	3366,30	3369,39	3398,02	3400,65	3404,15
	Внутренн		кВт	6478,61	10396,4	14207,9	15216,7	13827,3	15006,4	16360,3	18191,6	17864,8	14571,1	15626,0	16277,3
		Нерегулируемые ступени
	Теплоперепад Нерегулируемых ступеней		кДж/кг	142,1	219,1	279,8		336,6	381,7	416,9	444,1	447,6
	коэф	к	-	0,65	0,75	0,855	0,88	0,925	0,97	0,975	0,98	0,98	0,99
	Внутренний КПД Нерегулируемых ступеней		-	0,58565	0,67575	0,77035	0,79288	0,83342	0,87397	0,87847	0,88298	0,88298	0,89199	0,901	0,901
	Использованный теплоперепад		кДж/кг	83,2208	148,056	215,545	237,071	280,530	333,594	366,236	392,131	395,221	429,939	455,005	455,005
	Мощность нерег ступени		кВт	3570,10	9527,27	18493,4	21573,4	30086,3	42932,7	54989,3	66544,7	67818,8	82998,2	97596,7
		Турбина в целом
	Внутренняя мощность		кВт	10048,7	19923,7	32701,4	36790,2	43913,7	57939,2	71349,7	84736,3	85683,6	97569,3
	Эффект мощность		кВт	9847,74	19525,2	32047,3	36054,4	43035,4	56780,4	69922,7	83041,5	83969,9	95617,9
	Электрич мощность		кВт	9650,79	19134,7	31406,4	35333,3	42174,7	55644,8	68524,2	81380,7	82290,5	93705,6
	Внутрен относит КПД	hoi^т	-	0,33597	0,44409	0,54667	0,57987	0,58729	0,64572	0,68158	0,71619	0,71619	0,72492	0,75710	0,75207
	Относит электрич КПД	hoэ^т	-	0,32266	0,42650	0,52502	0,55691	0,56403	0,62015	0,65459	0,68783	0,68783	0,69622	0,72712	0,72229
	Удельный расход пара	dэ	кг/Вт*ч	16,0025	12,1065	9,83474	9,27169	9,15459	8,32622	7,88815	7,50693	7,50691	7,41649	7,10126	7,14878

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ.

 

Расчет мощности

Н_о= =3445,1 - 2855,56 = 589,5 кДж/кг.

Р_о=12,8 Мпа, t_о=550 ^оС Þ h_о=3473,5 кДж/кг, v =0.02735 м³/кг.

МВт

Построение рабочего ориентировочного процесса в ЦВД

1.2.1 Давление перед соплами первой ступени

МПа

1.2.2 Тепловой перепад проточной части кДж/кг

Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень

1.2.3 Оценка экономичности реглирующей ступени

Внутренний относительный КПД регулирующей ступени

.

1.2.4 Построение ориентировочнонго процесса регулирующей ступени в i-s диаграмме

Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени

кДж/кг

Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени

кДж/кг

1.2.5 Оценка экономичности нерегулируемых ступеней ЦВД

Распологаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени:

кДж/кг

кДж/кг