Детальный тепловой расчёт 8-й ступени

Исходные данные для расчёта ступени Исходными данными для расчёта ступени являются следующие величины: G₀ — массовый расход пара через ступень, в кг/с; р₀ — давление пара перед ступенью в МПа; t₀ — температура пара перед ступенью в? С; располагаемый теплоперепад на ступень H₀ (с учётом статистических параметров перед ступенью), в кДж/кг; скорость входа пара в сопла ступени C₀, в м/с; средний диаметр ступени d₀, в м; частота вращения ротора n, в 1/с.

Расчёт ступени.

H₀=159,3 (кДж/кг).

h₀=2415(кДж/кг).

Доля крупнодисперсной влаги на входе в данную ступень л:

.

где Z_вл — номер ступени (данный), начиная с той, где образовалась влага;

К_аэр — характеризует аэродинамическое совершенство проточной части;

.

Производится расчет 3-й ступени ЦНД, полностью работающей во влажном паре.

Выбираем степень реактивности на среднем диаметре: .

Корневой диаметр принимаем .

Ч₀ = 0,8.

Уточняем окружную скорость движения рабочих лопаток U:

м/с.

Где d1 — средний диаметр 6-й ступени ЦНД, берется из машинного расчета, м;

n — частота вращения ротора цилиндра; n=25 1/с;

м/с;

Рассчитываем входную кинетическую энергию:

кДж/кг где — скорость входа потока пара в сопла ступени;

кДж/кг;

Рассчитываем располагаемый теплоперепад на ступень от параметров торможения :

кДж/кг где — коэффициент использования входной кинетической энергии;

принимаю =0,8;

— принимаем из машинного расчета, кДж/кг;

кДж/кг;

Рассчитываем располагаемый теплоперепад на сопловую решетку от параметров торможения :

кДж/кг.

Рассчитываем теоретическую скорость истечения пара из сопел :

м/с.

Определяем режим течения на выходе из сопел по числу Маха :

.

Где для влажного пара k=1,13;

.

Поскольку то режим течения пара в соплах дозвуковой.

При вычисляем б_1эфф по формуле:

м Где — коэффициент расхода для сопловой решетки, в первом приближении =1;

— секундный массовый расход пара через седьмую ступень цилиндра, кг/с.

G₀ = 199 кг/с.

C_1t — теоретическая скорость истечения пара из сопел.

d₁— средний диаметр седьмой ступени ЦНД;

l₁ — высота сопловой лопатки;

Выбираем хорду соплового профиля; принимаю =250 мм.

По отношению =0,184, а также =1, по [1, с. 54, рис. 5.2] определяем коэффициент расхода для сопловой решетки при течении через нее перегретого пара. — угол входа потока в сопловую решетку .

.

;; , тогда.

.

По t_s1 определяем коэффициент динамической вязкости м²/с.

Определяем коэффициент кинематической вязкости н_1t:

.

б_1эф=18,967°.

Определяем число Рейнольдса :

.

где — коэффициент кинематической вязкости.

.

Коэффициент расхода для сопловой решетки =1,005.

Используя полученное значение коэффициента расхода для сопловой решетки уточняем :

б_1эф=18,87⁰.

Корневая степень реактивности :

; ;

;

Определяем коэффициент потерь энергии сопловой решетки :

.

гдекоэффициенты учитывающие влияние соответственно, определяются по [1, с. 59, рис. 5.5].

— коэффициент потерь энергии сопловой решетки для перегретого пара, определяется по [1, с. 59, рис. 5.5] в зависимости от и.

;

; .

.

Угол отклонения струи вследствие влажности определяется так:

.

y₀ =0,077,; , тогда.

.

Угол выхода потока из решетки (по отношению к направлению скорости U):

при .

⁰.

Рассчитываем коэффициент скорости для сопловой решетки :

.

Рассчитываем действительную скорость истечения пара из сопел :

м/с.

Рассчитываем потерю в соплах :

кДж/кг.

Построение входного треугольника скоростей ступени.

При можно принять, что угол входа потока перегретого пара равен .

Из входного треугольника определяем действительную относительную скорость пара на входе в рабочие лопатки =115 м/с и угол наклона её к окружной скорости U =105 град.

Построение выходного треугольника скоростей.

Рассчитываем теоретическую относительную скорость пара на выходе с рабочих лопаток.

:, м/с.

Где — располагаемый теплоперепад на рабочие лопатки;

м/с.

При числе Маха больше 1 эффективный угол решетки рабочих лопаток определится:

Определяем выходную площадь решетки рабочих лопаток:

.

.

.

.

Коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток при течении влажного пара:

.

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток при течении влажного пара:

.

.

Увеличение угла выхода потока из решетки рабочих лопаток:

.

где — угол отклонения жидкой фазы;

— угол отклонения паровой фазы;

y₁ — влажность пара перед решеткой рабочих лопаток.

.

м/с.

Тогда общий угол выхода потока из решетки рабочих лопаток с учетом влияния влажности:

⁰.

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток при течении перегретого пара:

.

Коэффициент скорости для решетки рабочих лопаток при течении перегретого пара:

.

; м/с.

.

, , тогда.

.

Определяем потери в решетке рабочих лопаток :

Рассчитываем выходную кинетическую энергию :

Рассчитываем относительный лопаточный КПД по следующим формулам:

;

.

где — коэффициент, учитывающий, какая часть выходной кинетической энергии используется в следующей ступени; =0;

;

.

— фиктивная скорость, м/с.

.

По другой формуле:

.

Определяем :

;

y₀ — влажность пара;

— увеличение влажности пара в процессе расширения в соплах и на рабочих лопатках;

;

;;; .

Относительная потеря от влажности пара:

.

Потеря от влажности в тепловых единицах :

Так как, кДж/кг;

кДж/кг.

Определяем потерю от утечки над бандажом рабочих лопаток:

;

— степень реактивности у вершины;

;

;

м.

мм — осевой зазор между бандажом и диафрагмой;

мм — радиальный зазор уплотнения над бандажом;

— число гребней на бандаже;

м²;

.

кДж/кг.

Расход через зазоры по бандажу:

кг/с.

Потери трения диска определяем так:

Сумма потерь:

.

.

Относительный внутренний к.п.д. ступени определяем по формуле:

.

Использованный теплоперепад ступени:

кДж/кг.

Внутренняя мощность ступени:

кВт.