Главное меню

Расчет газовой турбины

Для расчета турбины заданными величинами являются началь­ные параметры газа перед турбиной — давление р0 Мн/м2 и тем­пература Т°К — и за турбиной—давление газа р1 Мн/м2, секунд­ный расход газа Gг кг/сек; физические константы газа, газовая постоянная R дж/ (кг • град), показатель адиабаты k и средняя изобарная теплоемкость газа Ср (для средней температуры про­цесса расширения).

Порядок теплового расчета одноступенчатой турбины без диф­фузора. Определяют полный изоэнтропный перепад тепла в тур­бине

Выбрав значение коэффициента скорости ? для сопел в преде­лах 0,97—0,99 и задавшись степенью реакции ?m на среднем диа­метре ступеней в пределах 0—0,4, определяют действительную скорость выхода газа из сопел

где (1 — ?m)h0 = h — изоэнтропный перепад в соплах ступени.

Следует иметь в виду, что малая степень реакции соответствует активной турбине в области высокого давления газа с незначи­тельным изменением режима работы и большая степень реак­ции — активной турбине в области низкого давления газа.

Находят окружную скорость на среднем диаметре ступени, предварительно вычислив оптимальное значение ?oпт = u / c1:

и = ?опт с1.

Окружная скорость из условия прочности рабочих лопаток не должна превышать 300—320 м/сек. Угол выхода газа из сопел он принимают равным 14—25°.

Давление газа за соплами ступени

Действительная температура газа на выходе из сопел

Действительный удельный объем газа за соплами

Высота сопел (направляющих лопаток)

где Dcp — средний диаметр ступени, Dср = u / ?n. Если степень реакции в корневом сечении сопел

где r = rк / rm (rк — радиус корневого сечения сопел; rт — средний радиус сопел), окажется отрицательной величиной, то следует увеличить ?m и повторить расчет.

Относительная скорость входа газа в каналы рабочих лопаток ступени

Угол входа потока на рабочие лопатки ступени определяют из соотношения

Угол ?2 выхода потока из каналов рабочих лопаток принимают в пределах от ?1 до ?1 — (2?5)° с таким расчетом, чтобы высота рабочих лопаток обеспечивала плавность очертания проточной части. Относительная скорость выхода газа из каналов рабочих лопаток

где ?h0 = hаp — изоэнтропный перепад тепла в каналах рабочих лопаток. Коэффициент скорости для рабочих лопаток принимаем 0,94—0,97.

Температура газа на выходе из каналов рабочих лопаток сту­пени

Действительный удельный объем газа по выходе из каналов рабо­чих лопаток

Если найденные высоты сопел и рабочих лопаток обеспечивают требуемую плавность формы проточной части, то затем опреде­ляют по формулам, аналогичным при расчете паровых турбин, внутренние потери энергии газа, к. п. д. и мощность, развиваемую газом в турбине.

Если турбина имеет диффузор, то при расчете необходимо учесть увеличение изоэнтропного перепада в турбине ?h за счет расширения газа в диффузоре:

где с1 — скорость, соответствующая изоэнтропному перепаду тепла в турбине без диффузора; с2 — скорость выхода газа из каналов рабочих лопаток турбины без диффузора; свых — скорость газа по выходе из диффузора; ?диф — к. п. д. диффузора.

При Dcp / lл ? 10 лопатки выполняют переменного профиля (винтовыми — закрученными). При расчете многоступенчатой турбины прежде всего необходимо определить число ступеней, произвести распределение общего теплоперепада по отдельным ступеням, а затем расчет каждой ступени.