3.Тепловой расчет проточной части цилиндра

По заданию на курсовую работу требуется рассчитать первую ступень ЦВД. Методика и результаты расчета приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Тепловой расчёт первой ступени цилиндра

№ п/п	Наименование величины	Обозначение	Формула или обоснование	Размер ность	Величина
1	2	3	4	5	6
1	Расход пара			кг/с	796
2	Давление пара перед ступенью		из таблицы 1.1	МПа	4,2
3	Температура пара перед ступенью		по i-s диаграмме	^0С	253,3
4	Степень сухости пара перед ступенью		из таблицы 1.1	-	0,99
5	Энтальпия пара перед ступенью		по i-s диаграмме	кДж/кг	2782,9
6	Располагаемый теплоперепад ступени		по i-s диаграмме	кДж/кг	60.74
7	Реактивность в корневом сечении ступени		0,03 … 0,05	-	0,03
8	Корневой диаметр ступени		из таблицы 1.1	м	0,818
9	Средний диаметр ступени		из таблицы 2.2	м	1
10	Угол выхода потока из сопел в корневом сечении для перегретого пара		12 … 16^0	град	15
11	Угол выхода потока из сопел в среднем сечении для перегретого пара			град	18.143
12	Синус угла выхода потока из сопел в среднем сечении слоя влажного пара			-	0,3128
13	Косинус угла выхода потока из сопел в среднем сечении слоя влажного пара			-	0,949
14	Угол выхода потока из сопел			-	18.23
15	Профиль сопловой лопатки	-	по ;	-	C-9018A
16	Реактивность в среднем сечении			-	0,189
17	Коэффициент использования выходной скорости предыдущей ступени		принимается: для первой ступени отсека = 0 для промежуточной ступени отсека = 1	-	0

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
18	Выходная энергия пара		для первой ст.отсека = 0	кДж/кг	0
19	Полная располагаемая энергия ступени			кДж/кг	60.74
20	Располагаемый теплоперепад в соплах			кДж/кг	38.802
21	Окружная скорость на среднем диаметре	u		м/с	157
22	Располагаемый теплоперепад в рабочих лопатках			кДж/кг	21.937
23	Коэффициент скорости сопловой решетки		0,95 ...0,97	-	0,97
24	Теоретическая скорость выхода потока из сопел			м/с	278.57
25	Действительная скорость выхода потока из сопел			м/с	270.22
26	Отношение скоростей			-	0,58
27	Энтальпия пара за соплами при изоэнтропийном расширении			кДж/кг	2744,097
28	Потери в соплах			кДж/кг	2,25
29	Давление пара за соплами		по i-s диаграмме: по при изотропийном расширении	МПа	3,1
30	Энтальпия пара за соплами			кДж/кг	2746,39
31	Удельный объем пара за соплами		по i-s диаграмме: по и	м^3/кг	0,063
32	Удельный объем пара за соплами при изоэнтропийном расширении		по i-s диаграмме: по и	м^3/кг	0,063
33	Степень сухости пара за соплами		по i-s диаграмме: по и	-	0,97
34	Коэффициент расхода сопел на перегретом паре		0,95 … 0,98	-	0,98
35	Коэффициент			-	0,55
36	Отношение		по и	-	1,036
37	Коэффициент расхода сопел на влажном паре			-	0,999
38	Выходная площадь сопловой решетки			м^2	0,180
39	Напряжение в муфте		35 … 45	МПа	40

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
40	Механический КПД турбины		0,995 … 0,997	-	0,996
41	КПД генератора		0,985 … 0,990	-	0,987
42	Теплоперепад цилиндра		из предварительного расчета	кДж/кг	336,8
43	Относительный внутренний КПД цилиндра		из предварительного расчета	-	0,803
44	Диаметр муфты			м	0,4467
45	Диаметр диафрагменных уплотнений		1,25 ∙	м	0,558
46	Зазор в диафрагменных уплотнениях		(0,3 … 0,8) ∙ 10^-3	м	0,0005
47	Площадь зазора в диафрагменных уплотнениях			м^2	0,0087
48	Коэффициент расхода через уплотнения диафрагм		0,8 ∙	-	0,799
49	Утечка пара через диафрагменное уплотнение		для первой ступени = 0	кг/с	0
50	Высота сопловой лопатки			м	0,1833
51	Высота сопловой лопатки			м	0,182
52	Расхождение			-	0,56
53	Угол входа пара в рабочую решетку			-	40,32
54	Относительная скорость входа пара в рабочую решетку			м/с	130,67
55	Полная энергия пара на входе в рабочую решетку			кДж/кг	30,47
56	Теоретическая скорость выхода пара из рабочей решетки			м/с	246,883
57	Энтальпия пара за рабочей решеткой при изоэнтропийном расширении			кДж/кг	2724,453
58	Давление пара за рабочей решеткой		по i-s диаграмме: по	МПа	2,9
59	Удельный объем пара за рабочей решеткой при изоэнтропийном расширении		по i-s диаграмме: по и	м^3/кг	0,079
60	Степень сухости пара за рабочей решеткой при изоэнтропийном расширении		по i-s диаграмме: по и	-	0,953

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
61	Скорость звука в паре за ступенью			м/с	509,929
62	Число Маха			-	0,484
63	Перекрыша по периферии ступени		[ 1 ]	м	0,0037
64	Перекрыша по корню ступени		[ 1 ]	м	0,0027
65	Высота рабочей лопатки			м	0,1897
66	Коэффициент расхода рабочих лопаток на перегретом паре		0,90 … 0,95	-	0,92
67	Коэффициент			-	0,587
68	Отношение		по и	-	1,039
69	Коэффициент расхода рабочих лопаток на влажном паре			-	0,941
70	Эффективный угол выхода пара из рабочих лопаток			-	27,03
71	Синус угла выхода пара из рабочих лопаток			-	0,465
72	Угол выхода пара из рабочих лопаток			-	22.107
73	Коэффициент загромождения		1,03 … 1,05	-	1,04
74	Выходной угол рабочих лопаток			-	26,59
75	Относительный шаг рабочих лопаток		[ 1 ]	-	0,6
76	Выходной угол рабочих лопаток			-	43,32
77	Профиль рабочих лопаток	-	[ 3 ]	-	Р-2729Б
78	Угол установки рабочих лопаток		[ 3 ]	-	78
79	Ширина рабочих лопаток		lp / B = 4 …5; В =0,0843 / 4	м	0,0325
80	Хорда рабочих лопаток			м	0,0332
81	Отношение	-		-	0,1751

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
82	Число рабочих лопаток			-	157,483
83	Принятое число рабочих лопаток		Округляем по	-	158
84	Фактический относительный шаг рабочих лопаток			-	0,598
85-89	Коэффициент потерь рабочей решетки			-	0,264
90	Коэффициент скорости рабочих лопаток			-	0,85
91	Скорость выхода пара из рабочих лопаток	Wp	∙ W2t	м/с	211,80
92	Потери в рабочих решетках		∙	-	8,04
93	Энтальпия пара за рабочими решетками			кДж/кг	2732,498
94	Степень сухости пара за рабочими лопатками		по i-s диаграмме: по и	-	0,95
95	Веерность рабочих лопаток			-	5,27
96	Коэффициент		[ 1 ]	-	0,3
97	Коэффициент	Ку	[ 1 ]	-	0,9
98	Коэффициент сепарации			-	0,27
99	Изменение сухости пара за счет сепарации влаги			-	0,0135
100	Сухость пара за рабочими лопатками с учетом сепарации влаги			-	0,9635
101	Энтальпия пара за рабочими лопатками с учетом сепарации влаги		по i-s диаграмме: по и	кДж/кг	2739,2
102	Изменение энтальпии пара за счет сепарации влаги			кДж/кг	6,7
103	Угол выхода потока пара из ступени			-	89,87
104	Скорость выхода пара из ступени			м/с	94,48
105	Выходная энергия пара			кДж/кг	4,46

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
106	Потеря от влажности пара			кДж/кг	1,58
107	Коэффициент использования выходной скорости в последующей ступени		для последней ступени отсека = 0; для промежуточной =1	-	1
108	Относительный лопаточный КПД ступени			-	0,8036
109	Мощность трения диска			кВт	53,13
110	Потери на трение диска			кДж/кг	0.066
111	Потери с утечками через диафрагменное уплотнение			кДж/кг	0
112	Периферийный диаметр рабочих лопаток			м	1.19
113	Угол выхода потока из сопел в периферийном сечении для перегретого пара			-	21,42
114	Синус угла выхода пара из сопел в периферийном сечении			-	0,374
115	Угол выхода пара из сопел в периферийном сечении			-	22,005
116	Косинус угла выхода пара из сопел в периферийном сечении		-	-	0,927
117	Реактивность в периферийном сечении			-	0,227
118	Осевой зазор в периферии		1,5 … 3,0мм	м	0,002
119	Радиальный зазор в периферии		1,0 … 3,0мм	м	0,002
120	Число усиков в радиальном уплотнении		принимается 0 или 2	-	2
121	Эквивалентный радиальный зазор			м	0,00075
122	Коэффициент потерь с утечками через радиальный зазор			-	0,01134
123	Потери с утечками через радиальный зазор			кДж/кг	0,688

Таблица 3.1 Продолжение

1	2	3	4	5	6
124	Относительный внутренний КПД ступени			кДж/кг	0,7912
125	Полезный теплоперепад ступени			кДж/кг	48,060
126	Внутренняя мощность ступени			кВт	38256
127	Энтальпия пара за ступенью			кДж/кг	2741,54
128	Температура пара за ступенью	tо2	по i-s диаграмме: по и	°C	239
129	Степень сухости пара за ступенью	хо2	по i-s диаграмме: по и	-	0,98

По результатам расчёта на чертеже проточной части ЦВД построены треугольники скоростей первой ступени в среднем сечении. Для удобства все значения скоростей и углов занесены в таблицу 3.2

Таблица3.2 Данные треугольников скоростей

α1 = 18,23	С1 = 270,22 м/с	u = 157 м/с
α2 = 89,87˚	С2 = 94,48 м/с
β1 = 40,32˚	W1 = 130,769 м/с
β2 = 22,107˚	W2 = 211,80 м/с