- •Оглавление
- •Раздел 1. Теория турбинных ступеней.
- •Цель, задачи, предмет изучения и основное содержание дисциплины «стд. Судовые турбомашины», ее роль и место в системе подготовки специалиста в соответствии с требованиями гос впо и кт
- •Назначение паровой турбины( турбомашины) и ее особенности как теплового двигателя. Принцип действия пт
- •Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
- •А). Основные уравнения парового потока в турбине
- •1. Геометрические характеристики турбинной ступени
- •2. Понятие об элементарной плоской турбинной ступени. Геометрические характеристики турбинной решетки.
- •3. Преобразование энергии пара в активной и реактивной турбинных ступенях
- •1. Определение скорости выхода пара из каналов направляющего аппарата и рабочей решетки.
- •1.1. Определение скорости выхода пара из каналов рабочей решетки
- •1.3. Понятие о степени реакции
- •2.1 Влияние косого среза на работу решетки
- •2.2. Расход пара через решетку. Определение высоты лопаток
- •1. Физическая сущность потерь кинетической энергии пара
- •2. Аэродинамические характеристики решеток и их определение
- •Б). Влияние числа Маха на потери энергии
- •3. Влияние конструктивных факторов на потери энергии
- •1. Силовое воздействие потока пара на рабочие лопатки
- •2. Работа на окружности турбинной ступени
- •3. Общее выражение для кпд на окружности турбинной ступени
- •1. Определение и состав внутренних потерь
- •2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры
- •3.Потери на протечки через зазоры в реактивной и активной турбинных ступенях
- •1. Внутренние потери энергии в активной турбинной ступени
- •2. Потери энергии от влажности пара и неучтенные потери
- •3. Внутренняя работа и внутренний кпд турбинной ступени
- •1. Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах
- •2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •Очевидно, что
- •3. Силовое воздействие потока рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
- •Давление пара за турбинной ступенью р1.
- •Адиабатный перепад на турбинную ступень:
- •Располагаемый теплоперепад на турбинную ступень
- •Б). Определение формы межлопаточных каналов направляющих решеток
- •3. Оценка основных геометрических размеров ступени
- •1. Расчет направляющего аппарата
- •В). Расчет потерь энергии в направляющей решетке
- •Д). Построение входного треугольника скоростей
- •Особенности расчета рабочих лопаток
- •Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки
- •Д). Расчет потерь энергии в рабочей решетке
- •Расчет внутреннего кпд и внутренней мощности турбинной ступени
- •1. Принцип действия и устройство колес со ступенями скорости
- •2. Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости
- •3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
- •1. Работа и кпд на окружности двухвенечного колеса скорости
- •2. Область применения колес со ступенями скорости
- •1. Принципиальное устройство многоступенчатых паровых турбин
- •2. Процесс в диаграмме h-s для многоступенчатой паровой турбины
- •3. Понятие о возвращенном тепле. Связь между кпд многоступенчатой паровой турбины и кпд ее ступеней
- •1. Понятие об использовании выходной энергии мспт
- •2. Коэффициент использования выходной энергии
- •3. Процесс в диаграмме h-s при использовании выходной энергии
- •1. Эффективный кпд гтза и валопровода
- •2. Удельный и секундный расходы пара
- •3. Характеристика многоступенчатой паровой турбины
- •1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
- •2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня
- •3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход
3. Оценка основных геометрических размеров ступени
Геометрические размеры ступени определяются по мере решения задач расчета. При выборе типа профиля определяются геометрические характеристики направляющей и рабочей решеток, которые входят в состав основных геометрических размеров ступени.
Отработка формы профилей и определение их аэродинамических характеристик является весьма трудоемким и кропотливым процессом. Поэтому разрабатывать новые профили для каждой вновь проектируемой турбины не всегда возможно и целесообразно. Современные тенденции в этом вопросе сводится к разработке заранее ограниченного количества совершенных в аэродинамическом отношении профилей и получению их характеристик. В процессе проектирования новой турбины подбираются профили, наиболее пригодные для работы в той или иной ступени. Ограничение количества применяемых профилей при одновременной замене старых профилей новыми, более совершенными, с практической точки зрения представляет весьма важное мероприятие.
Оно позволяет унифицировать формы профилей для всей турбостроительной промышленности в масштабе государства и организовать централизованное изготовление профильных заготовок. Тщательно исследованные аэродинамические характеристики новых профилей позволяют более обоснованно назначать шаг и угол установки профилей в решетке и тем самым обеспечат получение более высокого КПД турбины, и более близкое совпадение ее расчетных и действительных характеристик. Возможность унификации форм профилей вытекает из проведенных широких исследований решеток методом воздушных продувок. Оказывается, что при развороте профиля в некотором небольшом диапазоне изменения углов установки βв потери энергии изменяются очень незначительно, а выходной угол потока d1 (β2) изменяется в соответствии с изменением угла установки. На этом основании весь встречающийся на практике диапазон выходных углов может быть обеспечен всего несколькими формами профилей.
В учебном пособии [2] приводятся данные по некоторым из турбинных профилей нового типа, разработанным отечественными научно-исследовательскими институтами. Некоторые из этих профилей разработаны специально для применения в судовых паровых турбинах. Они характеризуются малой чувствительностью к изменению входного угла потока, что позволяет сохранить КПД турбины на достаточно высоком уровне на всех режимах ее работы.
Приведенные профили предусматривают широкий диапазон выходных углов потока и, таким образом, обеспечивают проектирование всех ступеней турбины от первых ступеней до группы последних ступеней. Все рекомендуемые профили можно разбить на две группы: профили реактивного типа и профили активного типа:
Профили реактивного типа – эти профили характеризуются толстой закругленной входной кромкой и предназначены для работы при относительно небольших скоростях пара на входе в решетку. Они используются в качестве сопловых профилей активных ступеней, а также в качестве профилей рабочих и направляющих лопаток реактивных ступеней.
В качестве основных аэродинамических характеристик профилей рассматриваются коэффициент профильных потерь ςо и угол выхода потока из решетки d1 (β2) При малых скоростях пара на входе в решетку и толстой закругленной входной кромке профилей угол натекания потока d2 (β1) не влияет на значение этих характеристик. Для конкретного профиля они зависят только от шага и угла установки:
(3.1.5)
(3.1.6)
Зависимости (3.1.5) и (3.1.6) приводятся для каждого из рекомендованных профилей в виде графиков.
Профили активного типа - эти профили предназначены для pa6oты при относительно высоких скоростях пара на входе в решетку и используются в качестве профилей рабочих лопаток ступеней активного типа - как чисто активных, так и с некоторой реакцией.
В качестве основных аэродинамических характеристик профилей рассматриваются коэффициент профильных потерь ςо и угол выхода потока β2о. В отличие от профилей реактивного типа характеристики активных профилей в значительной степени зависят от направления потока на входе в решетку, определяемого углом β1. Таким образом, для конкретного профиля характеристики ςо и β2о определяются следующими функциональными зависимостями:
(3.1.7)
(3.1.8)
Укажем на два фактора, позволяющие существенно упростить использование зависимостей (3.1.7) и (3.1.8) при проведении расчетов.
Во-первых, в небольшом диапазоне изменения углов установки ±(2÷3°) значение βв практически не оказывает влияния на коэффициент потерь в решетке. В связи с этим зависимость (3.1.7), построенная для фиксированного значения угла βв может приблизительно использоваться для некоторого диапазона углов βв = ±(2÷3°). Таким образом, зависимость (3.1.7) упрощенно может быть представлена в виде
(3.1.9)
Во-вторых, направление потока на входе в решетку практически не оказывает влияния на выходной угол потока β2о. Тогда зависимость (3.1.8) может быть записана в виде
(3.1.10)
При построении зависимостей (3.1.10) для каждого из активных профилей предполагается, что при развороте профиля на небольшой угол ±(2÷3°) выходной угол потока β2о. изменяется соответственно изменению угла установки.
Лекция №12 | |
Тема: |
Порядок выполнения теплового расчета ТС |
Учебная цель: |
Дать систематизированные основы научных знаний о порядке выполнения теплового расчета ТС |
Учебные вопросы: |
|
Литература: |
[1]. Иванов Г.В., Горбачев В.А., Усов Ю.К. «Судовые турбомашины», СПб – ВМИИ, 2006. c. 42÷54 |