Расчёт компрессора гту

Для определения параметров воздуха перед первой и за последней ступенями необходимо задаться значениями скоростей в соответствии с рекомендациями, представленными в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Рекомендуемые параметры при расчёте компрессора

Параметр	Рекомендуемое значение
Скорость во входном патрубке, ωa	38 м/с
Скорость перед первой ступенью, с1	95 м/с
Скорость в выходном патрубке, ωb	43 м/с
Скорость за последней ступенью, сz	115 м/с
КПД входного патрубка, ηвх	0,92
КПД выходного патрубка, ηвых	0,55
Коэффициент расхода	0,75
Относительный диаметр втулки	0,6
Безразмерная координата	0,4
Улы атаки на среднем диаметре ,	1 °
Окружной скорость на диаметре корневых сечений, uк	157 м/с
Отношение скоростей,	0,46
Угол выхода лопатки в корневом сечении α1к	15°
Степень реактивности θк	0,15

Значения с₁ и с_z принимаются ориентировочно и в дальнейшем уточняются.

Определяется плотность воздуха перед компрессором по параметрам торможения

= =1,22 кг/м

(4.1)

Находится потеря давления торможения во входном патрубке

= =401,8 Па

(4.2)

Давление торможения перед первой ступенью

=1,01 10 -401,8=100598,2 Па

(4.3)

Определяется температура, давление и плотность воздуха перед первой ступенью

=288- =283,5 К	(4.4)
= =95153,9 Па	(4.5)
= =1,17 кг/м	(4.6)

Находится объёмный расход воздуха через первую ступень

= =118,25 м /с

(4.7)

Задаются значениями относительного диаметра втулки и коэффициента расхода в соответствии с рекомендуемыми значениями, представленными в табли-це 4.1.

Вычисляется окружная скорость концов рабочих лопаток

= =197,8 м/с

(4.8)

Определяется значение меридиональной проекции скорости перед первой ступенью

=0,75 197,8=148,35 м/с

(4.9)

Находятся корневой и периферийный диаметры лопаток первой ступени

=197,8/314 50=1,26 м	(4.10)
=0,6 1,26=0,756 м	(4.11)

Тогда высота рабочих лопаток первой ступени

=(1,26-0,756)/2=0,252 м

(4.12)

Оцениваются параметры воздуха за последней ступенью и размеры последней ступени.

Вычисляется давление торможения за компрессором

=5 Па

(4.13)

Рассчитается располагаемый теплоперепад

=1,012 =168,145 кДж/кг .

(4.14)

Находится температура торможения за компрессором

=288+ =481,2 К

(4.15)

Плотность воздуха за компрессором по параметрам торможения

= =3,62 кг/см

(4.16)

Потеря полного давления в выходном патрубке

=(1-0,55) =9265 Па

(4.17)

где - плотность воздуха за последней ступенью.

Определяется давление торможения за последней ступенью

=9265+5 =5,09265 Па

(4.18)

Вычисляется температура и давление воздуха за последней ступенью

=481,2- =475,5 Па	(4.19)
=4,8827 10 Па	(4.20)

Плотность воздуха за последней ступенью

= =3,578 кг/см

(4.21)

С целью уменьшения числа ступеней предлагается принять периферийный диаметр рабочих лопаток постоянным. Диаметр корневых сечений лопаток последней ступени находится с помощью уравнения неразрывности:

=1,07 м

(4.22)

Высота лопаток последней ступени

=(1,26-1,07)/2=0,09 м=90 мм

(4.23)

Далее оценивается число ступеней. Определятся действительный теплоперепад в компрессоре

=168,145/0,86=195,517 кДж/кг

(4.24)

Рассчитываются значения угловых скоростей для корневых сечений лопаток первой и последней ступени

=3,14 0,756 50=118,7 м/с	(4.25)
=118,7 1,07/0,756=168 м/с	(4.26)

Находится теплоперепад первой и последней ступеней

=0,8 118,7 148,35=14088 кДж/кг	(4.28)
=0,8 115 168,9=15539 кДж/кг	(4.29)

Подсчитается средний теплоперепад ступеней

=14813,5 кДж/кг

(4.30)

Число ступеней определяется по формуле

=13,2 13

(4.31)

Производится расчёт первой ступени. Окружные проекции скорости определяются из условия , что обеспечит почти постоянную по высоте лопаток меридиональную проекцию скорости c_1s. С целью снижения чисел Маха предлагается ввести предварительную закрутку потока перед рабочим колесом в сторону вращения. Величина c_1uк (в корневом сечении лопаток) определяется из условия обеспечения требуемого теплоперепада H₁. Назначают максимальное значение c_2uк = u_1к.

67,3 м/с

(4.32)

Определяется степень реактивности

=1- =0,285

(4.33)

Степень реактивности на периферии рабочих лопаток

=0,7426

(4.34)

Находится значение среднего квадратичного диаметра

= =1,039 м

(4.35)

Меридиональная проекция скорости принимается постоянной, то есть c_3s = c_2s = c_1s.

Рассчитываются треугольники скоростей на среднем диаметре

=67,3 =48,97 м/с	(4.36)
=1,039 3,14 50=163,12 м/с	(4.37)
=48,97+14088/163,12=135,3 м/с	(4.38)
=48,97 м/с	(4.39)
= arctg(148.35/(163,12-48,97))=58,25°	(4.40)
=arctg(148.35/(163,12-135,3))=88,2°	(4.41)
= arctg(148,35/135,3)=52,93°	(4.42)
= arctg(148,35/48,97)=79,7°	(4.43)

Относительные шаги на среднем диаметре и определяются из графика (рисунок 4.1) по значениям и =29,95° а также и =26,77° ; =1,6 ; =1,6.

Рисунок 4.1

Для нахождения выходных углов лопаток принимают безразмерную координату (см. таблицу 4.1) и находят значение коэффициента m:

=0,23 =0,1436	(4.44)
=0,23 =0,2378	(4.45)

Исходя из рекомендуемых величин, назначаются углы атаки на среднем диаметре и . Находятся входные углы лопаток:

=59,26°	(4.46)
=53,93°	(4.47)

Определяются выходные углы лопаток

= 94,66°	(4.48)
= =90,57°	(4.49)

Определяется проекция абсолютной скорости на окружное направление для периферийного сечения

=67,3 0,756/1,26=40,38 м/с

(4.50)

Вычисляется относительная скорость в периферийном сечении

= =216,3 м/с

(4.51)

Находится скорость звука по температуре воздуха перед первой ступенью

= =337,5 м/с

(4.52)

где k – показатель адиабаты воздуха.

Определяется число Маха в периферийном сечении

=216,3/337,5=0,64

(4.53)

Полученное число Маха сравнивается с допустимым, то есть проверяется соответствие следующему условию:

.

(4.53)

Литература

1. «Турбины тепловых и атомных электрических станций»:

Учебник для вузов.-2-е изд., перераб. и доп./ А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; Под ред. А.Г. Костюк, В.В. Фролов. –М.:Издательство МЭИ, 2001.

2. «Газотурбинные установки. Конструкции и расчет»: Справочное пособие/ Под общ. ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина,-Л.: Машиностроение,1978.

3. «Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем»:

Учебное пособие для вузов. Под редакцией акад. АН УССР Л.А. Шубенко-Шубина. -М.: Машиностроение,1976.

4. «Тепловой расчет паровой турбины», метод. указания, А.Н. Кудряшов, А.Г. Фролов, 2-изд., дополн. и перераб. – Иркутск, 1997.

5. «Стационарные паровые турбины», А.Д. Трухний, 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990.