На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 85754


Наименование:


Курсовик ПРОЕКТ ОСЕВОЙ ТУРБИНЫ: включает термодинамический расчет параметров турбины, детальный поступенчатый расчет турбины по среднему диаметру, расчет параметров пространственного потока для трех сечений

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 18.03.2015. Сдан: 2013. Страниц: 34. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
Кафедра «Оборудование и эксплуатация газопроводов»


ПРОЕКТ ОСЕВОЙ ТУРБИНЫ


Руководитель
Студент
Группа


2013
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ТУРБИНЫ 4
1.1 Выбор параметров 4
1.2 Согласование параметров турбины и компрессора 4
1.3 Расчет и построение меридионального сечения проточной
части турбины 8
1.4 Выбор основных параметров ступеней. Распределение теплоперепада между ступенями 10
1.5 Расчет параметров потока между ступенями 12
2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ 13
2.1 Расчет параметров в межвенцовом зазоре 13
2.2 Расчет параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса 17
3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОГО ПОТОКА НА РАЗЛИЧНЫХ РАДИУСАХ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ 21
3.1 Расчет параметров потока по радиусу проточной части по закону постоянной циркуляции (сu r = const) 21
3.2 Расчет параметров потока по радиусу проточной части по закону постоянства угла абсолютной скорости (a1= const) 24
3.3 Расчет параметров потока по радиусу проточной части по закону гиперболического возрастания к корню тангенса угла потока в
осевом зазоре (tg a1·r = const) 26
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 32
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34


ВВЕДЕНИЕ

К турбинам ГТД предъявляются следующие требования, которые должны быть учтены при расчетном проектировании их проточной части:
• обеспечение заданных параметров цикла значений мощности и КПД в расчетных условиях.
• обеспечение прочностной надежности конструкции в течение заданного ресурса работы.
Выбор того или иного значения геометрического или газодинамического параметра в турбине часто оказывает противоречивое воздействие на удовлетворение этих требований. Поэтому в процессе расчетного проектирования турбины при выборе ее параметров принимают компромиссные решения. Найти же оптимальный вариант можно лишь после проведения ряда расчетов.
В практике современного газодинамического расчета выделяют, как правило, три этапа:
Первый этап – включает термодинамический расчет параметров турбины. Определяются теплоперепад на турбине, определяется число ступеней zт, распределяется теплоперепад по ступеням.
Второй этап – заключается в детальном поступенчатом расчете турбины по среднему диаметру. Исходными данными являются результаты 1 этапа расчета турбины.
Задача второго этапа расчета - определение кинематики потока (li , bi , ai), в характерных сечениях и числа лопаток в венцах СА и РК для одной ступени.
Третий этап – это расчет параметров пространственного потока для трех сечений, расположенных на различных радиусах, выбранной ступени при одном из законов закрутки: cum·r m = const . Исходными данными для расчета являются кинематические параметры потока в характерных сечениях ступеней на среднем диаметре.


1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ТУРБИНЫ
1.1 Выбор параметров турбины

Для выполнения соответствующих расчетов должны быть заданы следующие параметры:
• расход газа через турбину – Gг = 21,591 кг/с;
• мощность силовой турбины – Ne = 5,7 МВт;
• температура газа на входе в турбину - T*г = 1300 К;
• частота вращения ротора ТВД – n = 10850 об/мин;
• частота вращения ротора СТ – n = 6300 об/мин;
• степень повышения давления в компрессоре - p*к = 15;
В качестве рабочего тела ступени приняты газы, представляющие смесь воздуха и продуктов сгорания углеводородного топлива.
Принимаю:
• газовая постоянная – R = 287,2 Дж/(кг К)
• средняя теплоемкость рабочего тела в ТВД
Сртвд = 1,255 кДж/кг
• средняя теплоемкость рабочего тела в СТ
Срст = 1,206 кДж/кг
• Основные КПД:
КПД турбины высокого давления = 0,92
КПД силовой турбины = 0,92
КПД камеры сгорания = 0,995
Механический КПД на валу каждой из турбин (ТВД и СТ) = 0,99
• sвх – коэффициент восстановления полного давления на входе в ГТД
sвх = 0,99
• sкс – коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания
sкс = 0,96

1.2 Согласование параметров компрессора и турбины

Целью расчёта является определение проходных сечений сопловых и рабочих венцов всех ступеней, геометрических характеристик направляющих и рабочих лопаток вдоль радиуса.
Привожу пример расчета для ТВД.
Кольцевая площадь на входе в СА ТВД:

,

где с 0 = 140 м/с – скорость потока на входе в СА ТВД;

;
q(lс0) = 0,188.

Давление газа на выходе из ТВД:

Р*ТВД = РГ*/p*ТВД = 1436,839/3,862 = 372,0 кПа.

Кольцевая площадь на выходе из ТВД:

,

где сатвд = 160 м/с – осевая составляющая скорости потока на выходе из РК ТВД.
;
q(lат) = 0,310.

Расчет размеров лопаток и диаметров на выходе из ТВД.
По выбранной величине Dср/hт вых = 7,8 определяю высоту рабочей лопатки по выходной кромке последней ступени ТВД:

Средний диаметр на выходе из ТВД:

DсрТВД = = = 0,603 м .

Периферийный диаметр на выходе из турбины ВД:

DперТВД = DсрТВД + ?РК вых = 0,603+0,077 = 0,681 м.

Втулочный диаметр на выходе из турбины ВД:

DвтТВД = DсрТВД – ?РК вых = 0,603 – 0,077 = 0,526 м.

Выбираю форму проточной части ТВД и СТ с постоянны средним диаметром .
Высота сопловой лопатки на входе в турбину ВД:
.
Окружная скорость на среднем диаметре турбины ВД:

,

где nтвд = nквд = 10850 об/мин – частота вращения ротора ВД.
Задаваясь предварительно параметром нагрузки турбины , определяю из уравнения баланса мощности число ступеней турбины:

,
где a = 0,01 – коэффициент возврата тепла.
Выбираю 2 ступени ТВД. Уточняю параметр нагрузки:
.
Выбрав конструкционный материал рабочей лопатки турбины, оцениваю уровень напряжений от растяжения:

sр = 2·eт·r ·kф = 2?15,060?103?7800?0,6 = 117,466 МН/м2,

где r = 7800 кг/м3 - плотность материала лопатки;
kф = 0,6 - коэффициент формы лопатки;
eт – величина, определяющая уровень напряжений в лопатке, сохраняется примерно постоянной на достаточно высоком уровне:

eт = U2т ср ·?т вых /Dср = 342,7382·0,077/0,603 = 15,060?103 м2/с2 .

Данные расчета ТВД и СТ свожу в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 – Согласование параметров компрессора и турбины
Параметр ТВД СТ
Fт0, м2 0,057 0,147
ca0, м/с 140 160
lc0 0,214 0,283
q(lc0) 0,334 0,435
Fт, м2 0,147 0,369
caт, м/с 160 180
lат 0,283 0,368
q(lат) 0,435 0,551
Dср/?вых 7,8 6,12
hрк вых, м 0,077 0,138
Dср, м 0,603 0,848
Dпер, м 0,681 0,986
Dвт, м 0,526 0,709
Dср=const Dср=const
?са вх, м 0,030 0,055
n, об/мин 10850 6300
Uт ср, м/с 342,738 279,562
zт 2 2
X*т 0,520 0,507
a 0,010 0,010
sр 117,466 99,609
r, кг/м3 7800 7800
kф 0,600 0,600
eт 15059,775 12770,444


1.3 Расчет и построение меридионального сечения проточной части турбины

Построение основывается на известных величинах диаметров и площадей на входе и выходе из турбины.
Площади кольцевых сечений на выходе из промежуточных ступеней турбины определяются по формуле
Fвых i = Fт вх + ?Fт i (Fт вых - Fт вх); ?Fт = 2,94(`N )1,753 еxp (-1,0693`N),
,`где N - порядковый номер ступени.
Высота соплового аппарата:

?СА1_ = Fтo /? Dср.

Высота рабочего колеса:

?РКi_ = Fтoi /? Dср.
?СА(i+1) = ?РКi.

Результаты расчета для ступеней приведены в таблице 1.2.
Определение осевых размеров ступеней.
Ширину сопловых лопаток в среднем сечении до их профилирования можно принять равной ширине рабочих лопаток.

SРК = (SРК/hРК)? ?РК.
SСАср = SРКср

Принимаю передний осевой зазор ?S1= 0,4? SРК.
Принимаю задний осевой зазор ?S2=1,1??S1.
Принимаю радиальный зазор Dr = 1,2 мм.
Все размеры: кольцевые площади; высоту лопаток; диаметры; ширину лопаток; передний и задний осевые зазоры на периферийном, среднем и втулочном диаметре; радиальные зазоры в каждой ступени свожу в таблицу 2.25.

Таблица 1.2 – Геометрические размеры ступеней
Параметр ТВД СТ
1 2 3 4
Fвых, м2 0,103 0,147 0,260 0,371
?савых, м 0,042 0,066 0,076 0,118
?рквых 0,054 0,077 0,097 0,138
Dп выхСА, м 0,645 0,669 0,923 0,965
Dп выхРК, м 0,657 0,681 0,944 0,986
Dср выхСА, м 0,603 0,603 0,848 0,848
Dср выхРК, м 0,603 0,603 0,848 0,848
D втвыхСА, м 0,561 0,538 0,772 0,730
Dвт выхРК, м 0,549 0,526 0,751 0,709
(b/?)вт 0,400 0,400 0,400 0,400
(b/?)пер 0,300 0,300 0,300 0,280
(b/?)ср 0,350 0,350 0,350 0,350
Sвтрк, м 0,022 0,031 0,039 0,055
Sсррк, м 0,019 0,027 0,034 0,048
Sперрк, м 0,016 0,023 0,029 0,039
Sсрса, м 0,023 0,032 0,044 0,063
коэф?S1 0,400 0,400 0,400 0,400
?S1ср, м 0,008 0,011 0,014 0,019
коэф?S2 1,100 1,100 1,100 1,100
?S2ср, м 0,008 0,012 0,015 0,021
?r, м 0,0012 0,0012 0,0012 0,0012
L, м 0,140 0,259
?к, ° 9,808 9,285

Угол раскрытия проточной части:

?к = arctg

где = 0,140 м.



1.4 Выбор основных параметров ступеней. Распределение теплоперепада между ступенями

Распределение теплоперепада между ступенями. Расчёт привожу для ТВД.
Эффективный теплоперепад ступеней ТВД:

L* ст1=197,919 кДж/кг.
L* ст2=197,919 кДж/кг.

КПД ступени: h*СТ = 0,911.
Изоэнтропический теплоперепад в ступенях СТ:

H*s ст1= L* ст1 /h*ст = 197,919 / 0,901 = 219,666 кДж/кг.
H*s ст2= L* ст2 /h*ст = 197,919 / 0,901 = 219,666 кДж/кг.

Параметр нагрузки:


Осевая составляющая скорости .
Полная скорость:

.
Распределение теплоперепада в СТ ведется аналогично. Результаты расчета свожу в таблицу 1.3.
Таблица 1.3 – Распределение теплоперепада
Параметр ТВД СТ
1 2 3 4
Lст*, кДж/кг 197,9193 197,9193 138,31408 138,31408
hст 0,901 0,901 0,901 0,901
H*sz, кДж/кг 219,666 219,666 153,512 153,512
Xст* 0,517 0,517 0,505 0,505
С2а, м/с 150,000 160,000 170,000 180,000
?2, ° 80,000 80,000 80,000 90,000
С2, м/с 152,314 162,468 172,623 180,000
? 0,010 0,010 0,010 0,010

1.5 Расчет параметров потока между ступенями

Привожу пример расчета для первой ступени.
Параметры термодинамического состояния газа на входе в первую ступень.
Полная температура: Т0 1* = 1300 К.
Изоэнтропический теплоперепад в первой ступени: Нsст*= 219,666 кДж/кг.
Параметры термодинамического состояния газа на входе во вторую ступень при изоэнтропическом расширении.
Температура:

Т2*s = Т0*– Нs*ст i /ср = 1300 – 219,666/1,255 = 1115,407 К.

Полное давление на входе во вторую ступень:

P2* = Р0* = 1436,839?(1115,407/1300)4,448 = 761,437 кПа.
Окружная скорость, соответствующая диаметру D2cp:



Степень реактивности ?ст = 0,25.
Статические давление и температура на выходе из первой ступени:

Р2 = P*2 ?? (?2) =761,437?0,974 = 741,906 кПа;
Т2 = Т*2 ?t (?2) = 1133,681?0,994 = 1126,598 К.

Изоэнтропический теплоперепад в ступени при расширении газа до давления Р2:

Нsст = ср (Т0* - Т2 s) =1,255?(1300 1108,438) = 227,959 кДж/к.

Температура при изоэнтропическом расширении:
.
Результаты термодинамического расчёта ступеней турбины сведены в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 – Термодинамические параметры ступеней турбин
Параметр ТВД СТ
1 2 3 4
To*, К 1300,000 1133,681 967,363 847,089
To 2*, К 1133,681 967,363 847,089 726,816
H*sст, кДж/кг 219,666 219,666 153,512 153,512
T2s*, К 1115,407 949,088 833,874 713,601
Po*, кПа 1436,839 761,437 364,419 201,000
P2*, кПа 761,437 364,419 201,000 101,107
U2ср, м/с 342,738 342,738 279,562 279,562
X*ст 0,517 0,517 0,505 0,505
F2, м2 0,103 0,147 0,260 0,371
q(l2) 0,333 0,449 0,431 0,549
l2 0,213 0,292 0,281 0,366
p(l2) 0,974 0,952 0,956 0,926
t(l2) 0,994 0,988 0,989 0,981
С2а, м/с 128,108 162,099 145,634 178,630
C2а 0,374 0,473 0,521 0,639
rст 0,250 0,255 0,255 0,260
?вт 0,130 0,120 0,100 0,110
P2, кПа 741,906 347,030 192,103 93,586
T2, К 1126,598 956,023 837,572 712,930
Hsст, кДж/кг 227,959 232,906 164,286 169,191
T2S, К 1108,438 937,962 824,505 699,967


2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ

2.1 Расчет параметров в межвенцовом зазоре

Привожу пример расчета для ступени ТВД.
Термодинамические параметры на выходе из ступени:
Изоэнтропический теплоперепад в СА:

НsСА = Нsст (1 – rст) = 227,959?(1 – 0,25) = 170,969 кДж/кг.

Изоэнтропический теплоперепад в РК:
НsРК = Нsст – НsСА = 227,959 – 170,969 = 56,990 кДж/кг.

Изоэнтропическая скорость потока за СА:

сs1 = v2 НsСА = O2000?170,969 = 584,755 м/с.

Абсолютная скорость потока за СА:

c1 = jCА ?c1s = 0,98?584,755 = 573,060 м/с,

где jCА = 0,98 – коэффициент скорости в СА.
Приведенное значение скорости c1:

lс1 = c1 /18,15O Т*0 = 573,060/(18,15?O1300) = 0,876.

Нахожу значения ГДФ:
?(lс1) = 0,631;
?(lс1) = 0,895;
q(lс1)=0,982.
Изоэнтропическая приведенная скорость потока за СА:

lс1s= lc1 /jCА = 0,876/0,97 = 0,903.

Статическая температура на выходе из СА:

Т1 = Т1* ?(lс1) = 1300?0,895 = 1163,303 К,

где Т0*= Т1*, так как процесс расширения энергоизолированный.
Температура за СА в изоэнтропическом процессе:

Тs1 = Т0* – HsСА /ср = 1300 – 170,969/1,255 = 1156,328 К.

Статическое и полное давление за СА в изоэнтропическом процессе:

Р1 = Р*0 (Тs1/ Т*0) к/ (к –1) = 1436,839?(1156,328/1300)4,448 = 884,130 кПа,
Р*1 = Р1/p(lc1) = 884,130/0,631 = 1401,456 кПа.
Коэффициент сохранения полного давления:

s СА = Р*1/ Р*0 = 1401,456/1436,839 = 0,975.

Угол выхода потока из соплового венца:

Sin a1 = ,
где F1= hСА?Dср?? = 0,042?0,603 ?3,14 = 0,080 (м2) – кольцевая площадь на выходе из СА.
a1 = arcsin (0,247) = 14,9060.

Угол отставания потока в косом срезе СА da1 = 0,410.
Эффективный угол выхода из СА:
a1эф = a1 – da1 = 14,906 – 0,41 = 14,496 0.
Угол установки g профиля в решетке (принимаю a1 эф = a1л и a0 = a0л) g = 380.
Хорда профиля лопатки СА в среднем сечении:

bСА = SСА ср /sin g = 0,023/sin380 = 0,037 м.

Значение оптимального, с точки зрения КПД, относительного шага решетки`t в зависимости от углов a1 и a0:
.
Оптимальный шаг решетки РК:
topt = t ? bСА =0,905?0,037 = 0,033 м.

Оптимальное число лопаток в венце:
zл opt = p·D1 ср / topt = 3,14?0,603 / 0,033 = 57,041.
Полученное число zл opt округляю до ближайшего целого числа:
zл opt = 57.
Вычисляю соответствующий ему шаг topt для zл opt:

topt = p·D1 ср / zл opt = 3,14?0,603 / 57 = 0,033 м.

Ширина межлопаточного канала в горле:

a1оpt = topt·sina2эф = 0,033?sin80 = 0,032 м.

Осевая и окружная составляющие скорости истечения газа в абсолютном движении:

c1u = c1 ?cos a1 = 573,060 ? cos (14,906) = 553,776 м/с;
c1a = c1 ?sin a1 = 573,060 ? sin (14,906) = 147,408 м/с .

Окружная составляющая скорости на входе в РК в относительном движении:

w1u = c1u – u1ср = 553,776 – 342,738 = 211,039 м/с.

Угол входа потока в РК в относительном движении:

b1 = arctg (c1а/ w1u) = arctg (147,408/211,039) = 34,9340.

Скорость на входе в РК в относительном движении:
w1 = c1а / sin b1 = 147,408 / sin (34,934) = 257,423 м/с.

Температура и давление торможения газа перед рабочей лопаткой в относительном движении:

T*w1 = Т1 + w12/2·ср = 1163,303 + (257,4232)/(2000 ?1,255) = 1191,146 К,
Р*w1 = Р1?(Т*w1/ Т1) к/(к-1) = 884,130 ? (1191,146/1163,303)4,448 = 975,233 кПа

Приведенная скорость потока в относительном движении:
lw1 = w1 /18,15O Т*w1 = 257,423/(18,15?O1191,146) = 0,411.
Результат расчета для всех ступеней свожу в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры потока по среднему диаметру
Параметр ТВД СТ
Нsстi, кДж/кг 227,959 232,906 164,286 169,191
Тоi*, К 1300,000 1133,681 967,363 847,089
T2s, К 1108,438 937,962 824,505 699,967
Рo*, кПа 1436,839 761,437 364,419 201,000
Р2*, кПа 761,437 364,419 201,000 101,107
Р2, кПа 741,906 347,030 192,103 93,586
rст 0,250 0,255 0,255 0,260
Нsсаi, кДж/кг 170,969 173,515 122,393 125,201
Нsркi, кДж/кг 56,990 59,391 41,893 43,990
С1s, м/с 584,755 589,092 494,758 500,402
С1, м/с 573,060 577,311 484,863 490,394
?с1 0,876 0,945 0,859 0,928
T1, К 1163,303 994,949 865,615 743,007
Т1s, К 1156,328 987,870 860,934 738,219
Р1, кПа 884,130 430,250 228,439 115,825
Р1*, кПа 1401,456 739,227 356,586 195,859
sса 0,975 0,971 0,979 0,974
?са, м 0,042 0,066 0,076 0,118
F1i, м2 0,080 0,124 0,202 0,313
a1i, ° 14,906 16,806 20,150 21,955
da, ° 0,410 0,400 0,420 0,450
a1эфi, ° 14,496 16,406 19,730 21,505
a2i, ° 80,000 80,000 80,000 90,000
gса, ° 38,000 42,000 43,000 45,000
Sсрса, м 0,023 0,032 0,044 0,063
bса, м 0,037 0,049 0,065 0,089
?_ 0,905 0,880 0,860 0,850
topt 0,033 0,043 0,056 0,076
Zлopt 57 44 48 35
topt 0,033 0,043 0,055 0,076
C1u, м/с 553,776 552,653 455,187 454,829
C1а, м/с 147,408 166,920 167,022 183,351
U1ср, м/с 342,738 342,738 279,562 279,562
w1u, м/с 211,039 209,915 175,625 175,266
b1, ° 34,934 38,491 43,562 46,291
w1, м/с 257,423 268,192 242,365 253,645
Tw1*, К 1191,146 1025,170 891,155 770,979
Рw1*, кПа 975,233 487,083 256,668 134,312
lw1 0,411 0,461 0,447 0,503


2.2 Расчет параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса
Скорость истечения газа из РК в относительном движении:

w2 = jPK ? w2s = 0,96 ? 424,554 = 407,572 м/с;
w2s= O(2·НsPK + w12) = O(2 ? 56,990 + 257,423) = 424,554 м/с,

где jPK = 0,96 – коэффициент скорости.
Величина угла выхода потока из рабочего колеса в относительном движении (первое приближение):
Sinb2 =
b2 = 19,5820.

где sРК = 0,96 – коэффициент восстановления полного давления в РК;

lw2s = w2s /18,15O Т*w2= 424,554/(18,15?O1191,146) = 0,678;

T*w2 = T*w1.
Уточняю значение коэффициента скорости: yРК = 0,95.
lw2 = yPK lw2s = 0,95?0,678 = 0,644;
q(lw2) = 0,852.
Определяю уточненное значение угла выхода потока в относительном движении:
sinb2 = .
b2 = 19,7140.
Угол отставания потока в косом срезе рабочего db2 = 0,9 0.
Эффективный угол выхода из решетки:

b2эф = b2 – db2 = 19,714 – 0,9 = 18,814 0.

Оцениваю угол установки профиля в решетке g = 60 0.
Хорда профиля лопатки РК в среднем сечении:

bРК = SРКср /sing =0,019/ sin (60) = 0,022 м.

Значение оптимального относительного шага решетки .
Оптимальный шаг решетки РК:

topt =`t ? bРК = 0,78?0,022 = 0,017 м.
Оптимальное число лопаток в венце:

zл opt = p·D2 ср / topt = 3,14?0,603/ 0,017 = 100,544.

Полученное число zл opt округляю до ближайшего целого числа – zл opt = 101
Вычисляю соответствующий ему шаг topt для zл opt:

topt = p·D2 ср / zл opt = 3,14?0,603/101 = 0,019 м.

Статическая температура на выходе из РК:

T2 = Т*w1 – w22/2ср = 1191,146– 407,5722/(2000 ?1,255) = 1121,350 К.

Осевые и окружные составляющие относительной скорости на выходе из РК:

w2а = w2 ?sin b2 = 407,572?sin(19,714) = 137,484 м/с,
w2u = w2 ?cos b2 = 407,572?cos(19,714) = 383,683 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости:

с2u = w2u – uср = 383,683 – 342,738 = 40,946 м/с.
Абсолютная скорость за рабочим колесом:

с2 = O(w22а + с2u2) = O(137,4842 +40,9462) = 143,452 м/с.

Полная температура на выходе из ступени:

Т*2 = Т2 + c22 / 2ср = 1121,350 + 143,4522/(2000?1,255) = 1129,996К.

Приведенное значение абсолютной скорости за рабочим колесом:
l2 = c2 /18,15O Т*2 = 143,452/18,15?O1129,996 = 0,235.

Нахожу p(l2) по ГДФ:
?(l 2) = 0,969.
Полное давление потока на выходе из ступени:
Р*2 = Р2 / p (l2) = 741,906/0,969 = 765,687 кПа.

Угол выхода потока в абсолютном движении:

a2 = arcsin (w2а/с2) = arcsin (137,484/143,452) = 73,4150.

Теоретическая работа ступени:

Lтu = u2 ? (с1u +с2u) = 342,738? (553,776 + 40,946)/1000 = 203,834 кДж/кг;
Lтu= u2 ? (w1u +w2u) = 342,738? (211,039 + 383,683)/1000= 203,834 кДж/кг;
Lтu = (с12 – с22)/2 + (w22 – w21)/2 = ((573,0602 – 143,4522)+
+ (407,5722 – 257,4232))/2000 = 203,834 кДж/кг.

Мощность, вырабатываемая ступенью:

Nст = L тu ? Gт = 203,834? 21,591/1000 = 4,401 МВт.

Расчет эффективной работы ступени с учетом потерь.
Используемый теплоперепад:
L*ст = ср ? (Т*0 –Т*2) = 1,255 ? (1300 – 1129,996) = 197,919 кДж/кг.

Потери энергии в ступени.
Потери энергии в сопловом аппарате:

?Lr CA = ср ? (Т1 –Т1s) = 1,255 ? (1163,303 – 1156,328) = 8,300 кДж/кг.

Потери энергии в рабочем колесе:
?Lr РК = ср ? (Т2 –Т2s’) = 1,255 ? (1121,350 – 1115,123) = 7,409 кДж/кг.
Т2s’ = T1 ? (P2/P1)(k-1)/k = 1163,303 ? (741,906 / 884,130)0,224 = 1115,123 К.

Потери энергии с выходной скоростью:
?Lr ВС = с22 /2 = 143,4522/2 = 10,289 кДж/кг.

Используемый теплоперепад в ступени:
L*ст=H sст–?Lr CA–?Lr РК–?Lr ВС = 227,959 – 8,3 – 7,409 –
– 10,289 = 201,961 кДж/кг.
Результаты расчета для всех ступеней свожу в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Параметры потока на выходе из РК
Параметр ТВД 1 ТВД 2 СТ 1 СТ 2
w2s, м/с 424,554 436,702 371,937 390,275
w2, м/с 407,572 419,234 357,059 374,664
Tw2*, К 1191,146 1025,170 891,155 770,979
?рк 0,960 0,960 0,960 0,960
Рw2*, кПа 936,224 467,600 246,401 128,939
F2i, м2 0,102 0,147 0,258 0,369
lw2s 0,678 0,751 0,686 0,774
lw2 0,651 0,721 0,659 0,743
q(lw2) 0,857 0,909 0,864 0,922
s 0,960 0,960 0,960 0,960
b2, ° 19,582 24,116 25,645 30,228
?pk 0,950 0,950 0,950 0,950
lw2 0,644 0,714 0,652 0,736
q(lw2) 0,852 0,904 0,858 0,918
b2i, ° 19,714 24,257 25,821 40,873
db2i, ° 0,900 1,500 2,200 2,300
b2 iэф, ° 18,814 22,757 23,621 38,573
gрк, ° 60,000 62,000 53,000 56,000
Sсррк, м 0,019 0,027 0,034 0,048
bрк, м 0,022 0,031 0,042 0,058
t_opt 0,780 0,730 0,770 0,750
t opt, м 0,017 0,022 0,033 0,044
Zлopt 101,000 85,000 82,000 61,000
topt, м 0,019 0,022 0,032 0,044
T2, К 1121,350 951,322 835,724 709,948
w2a, м/с 137,484 172,234 155,518 245,175
w2u, м/с 383,683 382,221 321,412 283,307
U2ср, м/с 342,738 342,738 279,562 279,562
C2u, м/с 40,946 39,483 41,849 3,744
C2, м/с 143,452 176,702 161,051 245,203
Т2i*, К 1129,996 964,442 847,001 736,089
l2 0,235 0,313 0,305 0,498
p(l2) 0,969 0,945 0,948 0,866
Р2*, кПа 765,687 367,112 202,652 108,105
a2i 73,415 77,089 74,939 89,125
Ltu, кДж/кг 203833,677 202947,130 138952,792 128199,757
N, МВт 4,401 4,382 3,000 2,768
Т2*, К 1133,681 967,363 847,089 726,816
L*ст, кДж/кг 197,919 197,919 138,314 138,314
?Lrса, кДж/кг 8,300 8,423 5,383 5,507
T2s, К 1115,123 944,683 828,989 704,507
?Lrрк,кДж/кг 7,409 7,901 7,745 6,256
?Lrвс, кДж/кг 10,289 15,612 12,969 18,789
L*ст, кДж/кг 201,961 200,970 138,188 138,639

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОГО ПОТОКА НА РАЗЛИЧНЫХ РАДИУСАХ

Расчет производится для второй ступени силовой турбины.

3.1 Расчет параметров потока по радиусу по закону постоянной циркуляции (cu·r = const)

Для расчета нам необходимо отношение радиусов, которые представлены в таблице 3.1
Таблица 3.1 – Радиусы ступени
вт ср пер
D, м 0,709 0,848 0,986
r, м 0,355 0,424 0,493

При профилировании по этому способу:

tg a1/r = const, Lтu = const

Угол абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

a1 r = arctg (tg a1ср·r/ rср );
a1 вт = arctg (tg 21,955·0,355/ 0,424 )=18,367°.

Осевая составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ar = c1a ср = const;
c1ar = 183,351 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ur = c1u ср? rср / r, [м/с]
c1ur = 454,829·0,424/ 0,355=543,677 м/с.

Абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1r = c1a r / sina1r ;
c1r = 183,351 / sin 18,367=581,863 м/с.

Изоэнтропическая абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1rs = c1r /?СА;
c1rs = 581,863/0,97 = 593,738 м/с,

где ?СА – коэффициент скорости, принимаемый постоянным вдоль радиуса ступени.
Изоэнтропическая работа в СА:

НCA sr = c1rs 2/2;
НCA sr = 593,738 2/2=176,262 кДж/кг.

Степень реактивности:

rsr =1–[(1–rs ср)·cos2 a1ср ·(1+tg2a1ср ·r 2 / r2ср)] / (r 2/ r2ср);
rsr =1–[(1–0,24)·cos2 21,955 ·(1+tg221,955·0,355 2 / 0,4242)] /
/ (0,355 2 /0,4242)=0,056.

Окружная скорость решетки РК на входе и на выходе:

u(1;2)r = u(1;2)ср ?r(1;2) / r(1;2)ср;
u(1)r = 279,562·0,355/0,424=233,876 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа за РК:

c2ur = c2u ср ? r2cр /r;
c2ur = 3,744 ·0,424/ 0,355 = 3,132 м/с.

Осевая составляющая абсолютной скорости газа за РК:

c2ar = c2a ср = const;
c2ar = c2a ср = 178,630 м/с.

Угол абсолютной скорости газа за РК:

a2r= arctg(c2ar /c2ur );
a2r= arctg(178,630/3,132)=81,995°.

Абсолютная скорость газа за турбиной:

c2r = c2ar /sin a2r ;
c2r = 178,630 /sin 81,995=172,658 м/с.

Угол выхода потока из РК в относительном движении:

b2r = arctg[c2a r/( c2ur + u2r )];
b2r = arctg[178,630/( 3,132+233,876)]=37,005°.

Угол входа потока в РК в относительном движении:

b1r = arctg[c1a r/( c1ur – u1r )];
b1r = arctg[183,351/( 543,677 – 233,876 )]=30,618°.

Угол поворота потока в решетке РК:

qr = 180 – (b1r + b2r);
qr = 180 – (37,005+30,618)=112,377°.

Относительная скорость газа на выходе из РК:

w2r = c2a r/(c2ur + u2r );
w2r = 178,630/(3,132+233,876)=296,786 м/с.

Относительная скорость газа на входе в РК:

w1r = c1a r/sin b 1r ;
w1r = 183,367/sin 30,618 = 359,991 м/с.

Приведенная абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

l1r = c1r /18,15·O Т*0;
l1r = 581,863 /18,15·O 988,058=1,101.

Приведенная относительная скорость газа на входе в РК:

l1wr = w1r /18,15·O Т*wr;
l1wr = 359,991 /18,15·O 758,964=0,720.

Температура торможения относительной скорости в РК:

(Т*wr /Т*0) = 1 – (2?lur ?l1r ? cosa1r - l2ur) ? (к-1)/(к+1);
(Т*wr/Т*0) = 1 – (2·0,443 ·1,101 ? cos 18,367 – 0,4432)·(1,345–1)/
/(1,345+1)=0,896;

где lur = ur /18,15O Т*0r= 233,876 /18,15·O 901,846=0,443;
Т*wr= Т*0·(Т*wr / Т*0) = 901,846·0,896=758,964°С.

Приведенная относительная скорость газа на выходе из РК:

l2wr = w2r /18,15·O Т*wr;
l2wr = 296,786 /18,15·O 758,964=0,594.

Приведенная абсолютная скорость газа на выходе из РК:

l2r = c2r /18,15·O Т*2;
l2r = 172,658 /18,15·O 849,679=0,369.

Т.к. температура торможения при Lтu = const будет постоянна вдоль радиуса.
Полученные данные позволяют построить треугольники скоростей на всех расчетных радиусах.
Свожу в табл. 3.2 результаты расчета параметров газового потока на различных радиусах по трем законам закрутки для 2-ой ступени силовой турбины.

3.2 Расчет параметров потока по радиусу проточной части по закону постоянства угла абсолютной скорости (a1 = const)

Угол абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

a1вт = a1пер = a1ср = const = 21,9550.

Осевая составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ar = c1a ср·(rср / r)cos? a1;
c1a вт = 213,768 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ur = c1u ср·(rср / r)cos? a1;
c1u вт = 514,516 м/с.

Абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1r = c1a r / sina1;
c1 вт = c1a вт / sina1 = 213,768/sin(21,955) = 571,750 м/с.

Изоэнтропическая абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1rs = c1r / jСА;
c1s вт = 571,750 / 0,97 = 583,418 м/с,

где jСА = 0,97- коэффициент, принимаемый постоянным по высоте СА,

Изоэнтропическая работа в СА:

НCAs r = c1rs2/2000;
НCAs вт = 583,4182 /2000 = 170,188 кДж/кг.

Степень реактивности:

rтs r =1–[(1–rтs ср)?(rср / r) cos? a1];
rтs вт = 1–[(1–0,26)?(0,424/0,355) cos?21,955] = 0,137.

Окружная скорость решетки РК на входе и на выходе:

u1 r = u(1:2) ср ? (r(1:2) / r(1:2)ср);
u1 r = 233,876 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа за РК:

c2ur = (Lтu/u2r) - c1ur ;
c2u вт = (128199/233,876) – 514,516 = 33,637 м/с.

Осевая составляющая абсолютной скорости газа за РК:

c2ar = 178,630 м/с.

Угол абсолютной скорости газа за РК:

a2r = arctg(c2ar /c2ur );
a2 вт = arctg(178,630/33,637) = 79,3360.

Абсолютная скорость газа за турбиной:

c2r = c2ar /sin a2r;
c2 вт = 178,630 /sin(79,336) = 181,770 м/с.

Угол выхода потока из РК в относительном движении:

b2r = arctg[c2a r /(c2ur + u2r)];
b2 вт = arctg[178,630/(33,637+233,876)] = 33,7330.

Угол входа потока в РК в относительном движении:

b1r = arctg[c1a r /(c1ur – u1r)];
b1 вт = arctg [213,768/(514,516 – 233,876)] = 37,2970.

Угол поворота потока в решетке РК:

qr = 180–(b1r + b2r);
qвт = 180–(33,733+37,297) = 109,9700.

Относительная скорость газа на выходе из РК:
w2r = c2a r /(c2ur + u2r);
w2 вт = 178,630/(33,637+233,876) = 321,670 м/с.

Относительная скорость газа на входе в РК:

w1r = c1a r/sin b1r ;
w1вт = 213,768/sin(37,297) = 352,782 м/с.

Приведенная абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

l1r = c1r /18,15O Т*0;
l1вт = c1вт /18,15·O Т*0 = 571,750/(18,15?O988,058) = 1,082.

Т.к. температура торможения по абсолютной скорости газа в осевом зазоре постоянна на всех радиусах.
Приведенная относительная скорость газа на входе в РК:

l1w r = w1r /18,15·O Т*w r
l1w вт = 352,782 /(18,15?O763,402) = 0,703.

Температура торможения относительной скорости в РК:

Т*wr = Т*0 ?[1 – (2?lur ?l1r ?cos a1r –l2ur) ? (к-1)/(к+1)];
Т*w вт=988,058?[1– (2?0,443?1,082 ?cos 21,955 – 0,4432)?0,130] = 763,402К,
где lu r = ur /18,15O Т*0;
lu вт = 0,443.

Приведенная относительная скорость газа на выходе из РК:

l2wr = w2r /18,15·O Т*wr;
l2w вт = 321,670 /(18,15·O 763,402) = 0,641.

Приведенная абсолютная скорость газа на выходе из РК:

l2r = c2r /18,15·O Т*2;
l2 вт = 181,770 /18,15·O 874,216 = 0,375.

Т.к. температура торможения при Lтu= const будет постоянна вдоль радиуса.
Свожу в табл. 3.3 результаты расчета параметров газового потока на различных радиусах по трем законам закрутки для 2-ой ступени силовой турбины.

3.3 Расчет параметров потока по радиусу проточной части по закону tg a1·r = const

При профилировании по этому способу tg a1r = const, Lтu = const
Угол абсолютной скорости газа в осевом зазоре:
a1r = arctg (B/r);
a1r = arctg (0,171/0,355) = 25,728°,

где B = tg a1срrср;
B = tg 21,955·0,424= 0,171 м.

Осевая составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ar = c1a ср ·(r2ср + В2)/(r2 +В2);
c1ar = 183,351·(0,4242 + 0,1712)/(0,3552 +0,1712) = 247,163 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа в осевом зазоре:

c1ur = c1u ср ·(rср / r)(r2ср +В2)/(r2 +В2);
c1ur = 454,829·(0,424 /0,355)·(0,4242+0,1712)/(0,3552+0,1712)=732,898 м/с.

Абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1r = c1a r / sina1;
c1r = 247,163 / sin 25,728 = 569,371 м/с.

Изоэнтропическая абсолютная скорость газа в осевом зазоре:

c1rs = c1r / jСА ;
c1rs = 569,371 / 0,97 = 580,991 м/с,

где jСА - коэффициент, принимаемый постоянным по высоте СА (т.е jСА = jср )
Изоэнтропическая работа в СА:

НCA sr = c1rs 2/2;
НCA sr = 580,9912/2 = 168,775 кДж/кг.

Степень реактивности:

rтsr =1–(1–rтср)(r2ср +В2)/(r2 +В2);
rтsr =1–(1-0,26)·(0,4242 +0,1712)/(0,3552 +0,1712)=0,002.

Окружная скорость решетки РК на входе и на выходе:

u(1:2)ср = u(1:2)ср r(1:2) / r(1:2)ср;
u(1)ср = 279,562·0,355 / 0,424 = 233,876 м/с.

Окружная составляющая абсолютной скорости газа за РК:

c2ur = (Lтu/u2r) – c1ur ;
c2ur = (128199/233,876) – 732,898 = -184,745 м/с.

Формула справедлива для случая, когда u1 = u2 . Для турбин имеющих расширяющуюся проточную часть u1 ? u2 и формула является приближенной.
Осевая составляющая абсолютной скорости газа за РК. Поскольку для лопаток с Dср/h?4 отличие осевой составляющей абсолютной скорости газа за РК на различных радиусах от её значения на среднем диаметре невелико, можно принять c2ar = c2a ср = const = 178,630 м/с.
Полученные данные позволяют построить треугольники скоростей на всех расчетных радиусах.
Свожу в табл. 3.4 результаты расчета параметров газового потока на различных радиусах по трем законам закрутки для 2-ой ступени силовой турбины.

Таблица 3.2
Cu·r =const
Параметр Втул. Средн. Перефир.
R, м 0,355 0,424 0,493

0,837 1,000 1,163
?1, ° 18,367 21,955 25,543
Ca1, м/с 183,351 183,351 183,351
Cu1, м/с 543,677 454,829 390,940
C1, м/с 581,863 490,394 425,215
C1s, м/с 593,738 500,402 433,893
Lcas, кДж/кг 176,262 125,201 94,132
?тs 0,056 0,260 0,427
U1, м/с 233,876 279,562 325,249
U2, м/с 233,876 279,562 325,249
Cu2, м/с 3,132 3,744 4,189
Ca2, м/с 178,630 178,630 178,630
?2, ° 81,995 88,799 95,657
C2, м/с 172,658 178,670 183,680
?2, ° 37,005 32,232 28,468
?1, ° 30,618 46,291 70,288
?, ° 112,377 101,476 81,244
w2, м/с 296,786 334,920 374,751
w1, м/с 359,991 253,644 194,763
?1 1,101 0,928 0,805
?w1 0,720 0,503 0,383
?u 0,443 0,529 0,616
T*w / T*0 0,896 0,910 0,927
T*w, К 758,964 770,843 784,850
?w2 0,594 0,665 0,737
?2 0,369 0,369 0,369



Таблица 3.3
?1 = const
Параметр Втул. Средн. Перефир.
R, м 0,355 0,424 0,493

0,837 1,000 1,163
?1, ° 21,955 21,955 21,955
Ca1, м/с 213,768 183,351 160,966
Cu1, м/с 514,516 454,829 397,285
C1, м/с 571,750 490,393 430,523
C1s, м/с 583,418 500,401 439,309
Lcas, кДж/кг 170,188 125,201 96,496
?тs 0,137 0,260 0,350
U1, м/с 233,876 279,562 325,249
U2, м/с 233,876 279,562 325,249
Cu2, м/с 33,637 3,744 -3,126
Ca2, м/с 178,630 178,630 178,630
?2, ° 79,336 88,799 91,003
C2, м/с 181,770 178,670 178,658
?2, ° 33,733 32,232 29,010
?1, ° 37,297 46,291 65,890
?, ° 108,970 101,476 85,099
w2, м/с 321,670 334,920 368,337
w1, м/с 352,782 253,644 176,350
?1 1,082 0,928 0,815
?w1 0,703 0,503 0,348
?u 0,443 0,529 0,616
T*w / T*0 0,901 0,910 0,921
T*w, К 763,402 770,843 780,448
?w2 0,641 0,665 0,726
?2 0,375 0,369 0,368


Таблица 3.4
tg ?1 = const
Параметр Втул. Средн. Перефир.
R, м 0,355 0,424 0,493

0,837 1,000 1,163
B 0,171 0,171 0,171
?1, ° 25,728 21,955 19,111
Ca1, м/с 247,163 183,351 140,592
Cu1, м/с 732,898 454,829 299,772
C1, м/с 569,371 490,393 429,422
C1s, м/с 580,991 500,401 438,186
Lcas, кДж/кг 168,775 125,201 96,003
?тs 0,002 0,260 0,433
U1, м/с 233,876 279,562 325,249
U2, м/с 233,876 279,562 325,249
Cu2, м/с -184,745 3,744 94,387
Ca2, м/с 178,630 178,630 178,630
?2, ° 135,964 88,799 62,148
C2, м/с 256,983 178,670 202,034
?2, ° 74,621 32,232 23,058
?1, ° 26,349 46,291 100,271
?, ° 79,030 101,476 56,670
w2, м/с 185,264 334,920 456,074
w1, м/с 556,876 253,644 142,882
?1 1,078 0,928 0,813
?w1 1,108 0,503 0,282
?u 0,443 0,529 0,616
T*w / T*0 0,905 0,910 0,919
T*w, К 766,913 770,843 778,633
?w2 0,369 0,665 0,901
?2 0,530 0,369 0,417

Для 2-ой ступени силовой турбины согласно закону закрутки (cu·r = const) строю в приложении 1 – треугольники скоростей, в приложении 2 – график зависимости степени реактивности от радиуса.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного курсового проекта был произведен газодинамический расчет турбины. Были выбраны параметры газотурбинного двигателя и, в соответствии с ними, произведен тепловой расчет цикла всей ГТУ и согласование параметров компрессора и турбины (балансы расходов газа, мощностей, равенство частот компрессора и турбины).
Проектируемая мною турбина должна обеспечить заданные значения мощности (5,7 МВт) и КПД (0,92) в расчетных условиях. Допускаемые напряжения от растяжения рабочих лопаток находятся в допустимых пределах, что позволяет обеспечит прочностную надежность конструкции в течение всего ресурса работы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Треугольники скоростей

Периферийное сечение


Среднее сечение


Втулочное сечение

Рисунок 1


ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Зависимости степени реактивности от радиуса


Рисунок 2


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Манушин Э.А., Михальцев В.Е., Чернобровкин А.П. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. М.: Машиностроение, 1971. 447 с.
2. Стационарные газотурбинные установки: Справочник / Под ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. Л.: Машиностроение, 1989.343 с.
3. Костюк А.Г., Шерстюк А.Н. Газотурбинные установки. М.: Высшая школа, 1979. 254с.
4. Аронов Б.М., Жуковский М.Н.., Журавлев В.А. Профилирование лопаток авиационных турбин. М.: Машиностроение, 1971.
5. Холшевников К.В. Теория и расчет лопаточных машин. М.: Машиностроение, 1970.
6. Паровые и газовые турбины./ Под ред. Костюк А.Г., Фролова В.В. М.: Машиностроение, 1976. 368 с.
7. Ларионов И.Д. Газодинамический расчет ступени газовой турбины. Екатеринбург: Изд. УГТУ-УПИ, 2000. 38с.




Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.