Расчет турбины. Газотурбинная установка ТВ3-117

Приближенный расчет диффузора Применение диффузора за последней ступенью турбины позволяет уменьшить давление в потоке за этой ступенью в сравнении с давлением среды, в которую производится выхлоп, вследствие чего возрастает мощность турбины [7]. Однако диффузор увеличивает металлоемкость и усложняет конструкцию турбины. Оптимальная конструкция диффузора может быть получена в результате вариантных расчетов совместно с проточной частью турбины. pn- давление окружающей среды, величина которого задается; р2 - давление в потоке за последней ступенью турбины;Т2- температура в потоке за последней ступенью;д - КПД диффузора;с2- скорость газа за последней ступенью турбины;F2T- площадь сечения на выходе из рабочего колеса последней ступени (отметаемая лопатками последней ступени).Таблица 4ВеличиныЕд.измер.Числ. значениеHдtДж/кг7324д (принимаем)-0.65HдДж/кг11267Сдм/c143.2ТнК1156.03нкг/м0.305Fнм21.394dнм1.776F2м20.3305d2м0.648(принимаем)град.6lдм0.536d'д (принимаем)м0.6070d''дм1.464Число Маха Мс2<1 значит площадь проходного сечения диффузора должна увеличиваться в направлении движения газа так, что FH>F2Т. К числу важных конструктивных параметров диффузора относится его длина ld . При малой величине ldможет произойти отрыв потока от стенок диффузора, который резко снижает КПД процесса сжатия и сводит на нет все преимущества от применения диффузора. При выборе величины ld следует построить эквивалентный круглый диффузор .Для этого диффузора d2=(4F2/dH=(4FH/размер ld выбирается таким образом чтобы угол d <=5-6o. Изоэнтропийный перепад энтальпии в диффузоре: Перепад энтальпии в диффузоре с учетом потери кинетической энергии:Скоростьгазазадиффузором: Температура в потоке за диффузором: Плотность в потоке за диффузором: Аксиальная площадь на выходе из диффузора:Получаемдлинудиффузора:;ПринимаемРисунок 5. а) Процесс сжатия газа в диффузоре в h-s диаграмме. б) Конструкция диффузора. в) Круглый диффузорОпределение газодинамических и геометрических параметров последней ступени7.1 Расчет закрутки потокаРасчет закрутки потока проведем в пяти сечениях по высоте рабочей лопатки последней ступени. Результаты сведены в табл.5. При этом воспользуемся теоретическими разработками по расчету турбинных ступеней с ТННЛ. Примем, что направляющие лопатки последней ступени с прямолинейными выходами кромки выполнены при условии постоянства вдоль радиуса ширины В и угла 1, а коэффициент n примем равным 0,5.Таблица 5Величины и формулыЕдиницыизмеренияСтупень 4rм0,30350,351750,40,448250,4965c1м/с208,16202,17198,74196,47181.45град46,1046,146,146,146,1c1u=c1*cos1м/с108.4106.47104.8101.798.8c1z=c1*sin1м/с104,8104,15102,5100,498,1u=u2c(r/rc)м/с145,45168,4178,6188,4198,1arctg(c1z/(c1u-u))град45,349,451,454,457,6W1=c1z/sin1м/с378,4398,4401,6422,6468,4c2u=c1u-(c1uc-c2uc)(r/rc)м/с-72,1-28,63,9924,543,9c2zм/с149,01158,39138,1153,45148,6c2м/с45,8948,4854,960,7864,1град207,51238,13204,19209,82210,452*град108,2110,2112,4116,4116,7w2м/с207,45205,48200,45197,15207,45T1K1184,11028,1907,45801,74799,4p1Па835412412841256941130496129942кг/м31,18641,14750,91750,56470,5479Tw1*K12941090,82945,78815,73799,1T2K11451087,41051,49801005p2Па842554489621215963125631800144кг/м30,4120,4120,41210,42120,42042*r*1*c1zкг/(c*м)248,4289,40321,06370,65398,772*r**2*c2zкг/(c*м)209,76260,89288,15314,14351,70т-0,02510,17210,26450,34100,40507.2 Выбор и построение профилей лопаточного аппарата последней ступениПрежде всего, следует определить эффективные углы 1эфна соответствующих радиусах. Для сверхзвукового потока следует учесть расширение в косом срезе. Для этого необходимо найти C1tпо формуле:Расчет начинаем с корневого сечения:Получаем в корневом сечении сверхзвук, аналогичный расчет выполняем для всех остальных сечений, полученные результаты сводим в таблицу 6.Таблица 6ВеличиныразмерностьСечение 1Сечение 2Сечение 3Сечение 4Сечение 5-1,0631,0350,9890,9030,878q-0,9980,9981---1град46,1046,146,146,146,11эфград43,0442,4543,0142,9042,781град--0,650,550,7Для первых двух сечений поток является сверхзвуковым, следовательно, нужно учесть расширение в косом срезе, тогда . Для среднего и периферийного сечения поток является дозвуковым и , где определяется из рисунка 9, пособия (7).Аналогично производим расчет для вычисления .Для направляющих лопаток выходной ступенииз атласа профилей выбираем соответствующий профиль С – 9027 А. Хорда этого профиля b1 = 62 мм, так что отношение l1/b1= 2,79, что приемлемо. Определим: Для корневого сечения направляющих лопаток С = 0,1, тогда Уточнениепараметров:Для корневого сечения рабочих лопаток С = 0,1, тогда Зная и по атласу профилей находим угол установки профиля Таблица 7ВеличинаЕдиницыизмеренияЗначениедлякорневогосеченияr1м0,29851град46,101эфград43,04t1-22,98t`1-0,0234уград52.4Профилирование рабочих лопаток начинается с корневого сечения. Так как >0,15можно принять у=m.Аналогично расчетам, проведенным для НЛ определимz2, t2орt и t2 для пяти сечений РЛ. Результаты расчетов предоставлены в таблице 8.Таблица 8ВеличинаЕдиницыизмеренияСечение123452*град41,341,7441,841,640,72эф*град47,4849,1554,2558,4561,48уград87,4580,5171,1261,3253,88b2мм47,3248,8752,0353,1258,89z2шт.82t`2-0,23-t2мм22,9828,7833,8437,1441,24rвхмм1.21.21.21.21.2rвыхмм0.300.300.300.300.30aмм15,7220,0522,4524,1025,45По результатам расчёта построены профили РЛ и НЛ в пяти сечениях, а также треугольники скоростей (см. приложение 2).ЗаключениеВсе комбинированные установки с паровыми и газовыми турбинами по принципу взаимодействия рабочих тел можно объединить в две основные группы 1) контактные схемы, в которых происходит смешение перед расширением продуктов сгорания топлива в камере сгорания ГТУ с пароводяным рабочим телом, 2) раздельные схемы, в которых пароводяное и газообразное рабочие тела движутся по самостоятельным трактам (контурам), взаимодействуя лишь посредством теплообмена в аппаратах поверхностного типа В первых схемах расширение рабочего тела осуществляется в газопаровой турбине, а для вторых схем характерно наличие двух самостоятельных контуров, по которым циркулирует пар и газ раздельно.Можно выделить три типа парогазовых установок: 1) с высоконапорным парогенератором; 2) с низконапорным парогенератором, 3) с использованием отходящей от газовой турбины теплоты для подогрева питательной воды.В первом типе комбинированной установки парогенератор совмещен с камерой сгорания газового контура, и все топливо сгорает при высоком давлении. Использование воздуха для сгорания топлива здесь почти полное, а коэффициент избытка воздуха на входе в газовую турбину близок к единице. Такие установки принято называть парогазовыми установками с высоконапорным парогенератором и обозначать ПГУ с ВПГ.Во втором типе парогазовой установки отходящие после турбины газы сбрасываются в топку обычного котла и за счет содержащегося в них кислорода (коэффициент избытка воздуха после камеры сгорания значительный, обычно больше трех) используются для сжигания топлива в топке котла. Поскольку дымососы у таких котлов отсутствуют, то давление газа в нем оказывается незначительно выше атмосферного, а этот котел называют низконапорным парогенератором (НПГ). Такая установка носитназвание парогазовой установки с низконапорным парогенератором, а ее обозначение будет ПГУ с НПГ.В третьем типе установки отходящие после турбины газы направляются в газовый подогреватель питательной воды (ГВП), где утилизируется отходящая от газовой турбины теплота. Поскольку термическая эффективность таких установок пониженная, они обычно рассматриваются в качестве маневренных блоков, предназначенных для работы в переменной части графика электрических нагрузок.Список литературыСтационарные газотурбинные установки / Л.В. Арсеньев и др. - Л.: Машиностроение, 1989.Газотурбинные установки. Справочное пособие / Под ред. Арсеньева Л.В., Тырышкина В.Г., - Л.: Машиностроение, 1978.Арсеньев Л.В., Рассохин В.А., Оленников С.Ю., Раков Г.Л. Расчёт тепловой схемы ГТУ - Л.: ЛГТУ, 1992.Радик С.В. Тепловой расчёт газотурбинной установки - Л.: ЛПИ, 1980.Лапшин К.Л., Оленников С.Ю. Выбор параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя с использованием ЭВМ - Л.: ЛПИ, 1988.Подобуев Ю.С. Приближённый расчёт осевого компрессора - Л.: ЛПИ, 1980.Лапшин К.Л. Математические модели проточных частей в проектировочных расчётах осевых тепловых турбин на ЭВМ - Л.: ЛПИ, 1989.Лапшин К.Л., Забелин Н.А. Оптимизация проточной части осевой тепловой турбины в режиме диалога с ЭВМ - Л.: ЛПИ, 1990.Паровые и газовые турбины: Учебник для ВУЗов / М.А. Трубилов, Г.В. Арсеньев, В.В. Фролов и др., Под редакцией А.Г. Костюка, В.В. Фролова.Приложения