Д). Построение входного треугольника скоростей

Для построения входного треугольника скоростей необходимо определить окружную скорость движения рабочих лопаток и по формуле

и = ξ_optС₁ (3.2.19)

Оптимальное отношение скоростей ξ_opt, при котором КПД турбинной ступени имеет максимальное значение, определяется из выражения

(3.2.20)

По известным значениям С₁, α₁ и u производится построение входного треугольника скоростей и определяется скорость пара на входе в решетку W₁ и входной угол β₁ (рис.70).

Для построения треугольников скоростей целесообразно выбирать масштаб не менее чем 1 мм = 5 м/с, пользоваться линейкой с точностью до трех знаков.

2. Особенности расчета рабочих лопаток

Расчет направляющей и рабочей решеток производится по одинаковой схеме, с той только разницей, что обтекание направляющей решетки рассматривается в абсолютном движении пара, а обтекание рабочей решетки – в относительном движении.

Переход от абсолютного движения пара к относительному и обратно осуществляется путем построения треугольников скоростей.

Исходными данными для расчета являются состояние пара в точке А_d, давление за решеткой Р₁, скорость W₁ и угол β₁.

а). Определение параметров адиабатного расширения пара в рабочей решетке

Теоретический (без учета потерь энергии) процесс расширения пара в рабочей решетке на диаграмме h-s изобразится (рис.71) адиабатой А_dА_st. Для активной турбинной ступени (ρ=0) точки А_d и А_st совпадают, так как расширения пара в ней на рабочей решетке не происходит (Р_d=Р₁), и если бы при течении пара в активной решетке потери отсутствовали, то течение пара не изменилось.

Если вверх от точкиА_d отложить входную кинетическую энергию пара можно определить точку, характеризующую параметры торможения перед решеткой.

В точках А_d, иА_st диаграммы h-s снимаются параметры пара, необходимые для дальнейшего расчета:

в точке А_d –энтальпию h_d;

в точке - давление торможенияи энтальпию.

в точке А_st –энтальпию h_st, удельный объем пара V_st, температуру пара t_st или степень сухости пара х_st для влажного пара.

Далее вычисляются:

адиабатный теплоперепад на решетку

h_as = h_d – h_st, (3.2.21)

который должен быть приблизительно равным значению

h_as = ρh_a, (3.2.22)

располагаемый теплоперепад на решетку

(3.2.23)

В частном случае для чисто активной турбинной ступени (ρ=0) адиабатный теплоперепад равен h_as = 0.

Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки

Угол выхода пара из рабочей решетки β₂ зависит от типа турбинной ступени и места турбинной ступени в составе проточной части всей турбины.

В реактивных ступенях при ρ = 0,5 угол β₂ принимается равным углу α₁, с тем, чтобы обеспечить применение одинаковых профилей для рабочих и направляющих лопаток ступени и получить наиболее удачную форму треугольников скоростей (рис.11).

В активных ступенях при ρ = 0 угол β₂ должен быть равен углу β₁ или несколько меньше его β₂ = β₁ – (0÷5°). При таком значении угла β₂ обеспечивается наилучшая форма треугольников скоростей ступени с углом α₂, близким к 90° (рис.9).

В активной турбинной ступени с некоторой степенью реакции 0<ρ<0,5 угол β₂ должен находится в пределах между значениями α₁ и β₁, при этом если значение ρ мало, угол β₂ должен быть ближе к углу β₁, а если значение ρ велико, угол β₂ должен быть близким к углу α₁.

Величину угла β₂ для активной турбинной ступени с некоторой степенью реакции определяют по формуле

(3.2.24)

Значение предварительно оценивается по выражению

(3.2.25)

где – перекрыши определяются по табл.17.1 [2] в зависимости от высоты лопаток.

Относительная скорость выхода пара из рабочей решетки предварительно оценивается по формуле

(3.2.26)

где ψ = 0,9…0,95 коэффициент скорости рабочих лопаток, принимается.

в). Определение формы межлопаточных каналов рабочей решетки

С целью определения формы межлопаточных каналов рабочей решетки вычисляется отношение давлений , которое сравнивается сm_кр и m_пр, где m_кр= 0.546 для перегретого пара и m_кр= 0.577 для насыщенного пара.

В зависимости от этого сравнения каналы могут иметь следующую форму:

1. Сходящиеся каналы без учета влияния на работу решетки косого среза, если ≥m_kp. Угол выхода пара из рабочей решетки в этом случае будет β₂₀= β_2.

2. Сходящиеся каналы с учетом влияния на работу решетки косого среза, если m_kp>≥m_пр, где m_пр – предельное отношение давлений, определяемое допустимым углом отклонения потока к косом срезе.

Данные о расширительной способности косого среза, характеризуемой предельным отношением давлений m_пр, для сходящихся каналов, работающих на перегретом (к=1,3) и насыщенном (к=1,135) паре, приведены на рис 22.

Расходящиеся каналы в рабочих лопатках современных корабельных турбин не применяются.

г). Выбор типа профиля для рабочей решетки

Для рабочей решетки реактивной турбинной ступени (ρ = 0.5) применяются профили реактивного типа, а для рабочей решетки активной турбинной ступени (ρ = 0 и 0<ρ<0.5) применяются профили активного типа. Основанием для выбора типа профилей для проектируемой рабочей решетки является углы потока пара β_{1 и} β₂₀. При этом, если отношение давлений в решетке m_kp>≥m_пр, необходимо учесть отклонение потока в косом срезе.

Для этого по графикам на рис.20 и 21определяется угол отклонения пара в косом срезе ∆ β.

Угол β₂₀ без учета отклонения в косом срезе рассчитывается по формуле

β₂₀= β₂-∆ β (3.2.27)

Выбор типа профиля для реактивной турбинной ступени (ρ = 0.5) производится в соответствии с рекомендациями, приведенными в [2] аналогично, как и для направляющей решетки (§ 3.2.1 б), только вместо угла α₁₀ используется угол β₂₀. Для рабочей решетки активной турбинной ступени (ρ=0 и 0<ρ<0.5) тип профиля выбирается по значению угла β₁ при котором выбранный профиль работает наиболее эффективно.

Критерием эффективности работы профиля на данном этапе являются минимальные профильные потери кинетической энергии, определяемые коэффициентом профильных потерь ζ₀, в зависимости от относительного шага и угла установки β_b .

Так для профиляА-20М минимальное значение ζ₀ = 0.0028 достигается (рис.72) при относительном шаге=0.8 и угле установкиβ_b=66⁰.

Долее необходимо обеспечить возможность размещения целого числа рабочих лопаток по всей длине окружности диаметром D (степень впуска для рабочих лопаток всех типов турбинных ступеней равна ε=1).

Это производится в такой последовательности.

Вычисляет хорда профиля

(3.2.28)

Определяется шаг направляющей решетки

(3.2.29)

Рассчитывается число профилей в решетке

(3.2.30)

Полученное значение Z округляется до целого значения, и уточняют значения шага

(3.2.31)

и относительного шага

(3.2.32)

После этогоуточняют значение угла установки β_в, используя зависимость β₂₀ = ƒ(,β_в) для выбранного профиля (рис.73) и значение ς₀ (рис.72).