Рабочая лопатка второй ступени

blades.dwg

Курсовой проект "Турбины
МГТУ им. Н. Э. Баумана
*-размеры для справок.
Отклонение профиля спинки и корыта в расчетных сечениях от
Отклонение профиля входной и выходной кромок 0
Допуск на угол закрутки пера в поперечных сечениях 12 20 мин.
Отклонение ширины хорды профиля пера 0
Допуск на угол посадочных поверхностей 8 мин.
Неуказанные кромки заполировать рад. 0
Требования к поверхности: риски
Контроль методом ЛЮМ-А по технологической документации.
Неуказанные отклонения по IT12.
Профилирование лопаток второй ступени
МГТУ им. Н.Э. Баумана кафедра Э3 группа Э3-92
среднее сечение R=587 мм ρ=0.29
корневое сечение R=477мм ρ=0
периферийное сечение R=698 мм ρ=0.48
периферийное сечение
Рабочая лопатка второй ступени
Обработать в сборе R792
Обработать в сборе R808
Периферийное сечение
Технические требования: 1. Отклонения профиля спинки и корыта в расчетных сечениях от заданного 0
мм 2. Отклонения профиля входной и выхоной кромок 0.03 0.2 мм 3. Допуск на угол закрутки пера в поперечных сечениях 12'..20' 4. Отклонение хорды профиля пера 0
мм. 5. Допуск на массу не более 5% от номинальной массы 6. Неуказанные отклонения по IT7 Хвостовик лопаток: 7. Радиус скругления зубьев хвостовика 2
мм. 8. Требования к поверхности: риски
забоины не допускаются 9. Контроль методом ЛЮМ-А по технологической документации

Чертеж1_ready.dwg

Турбина свободная продольный разрез
МГТУ им. Н.Э. Баумана кафедра Э3 группа Э3-92
Турбина свободная поперечный разрез
Технические характеристики: 1. Расход газа GГ=89.2 кгc 2. Мощность турбины NТ=38.9 МВт 3. Мощностной КПД Т=0.9 % 4. Частота вращения вала nТ=6100 обмин 5. Степень понижения давления Т=4.8 6. Температура газа перед турбиной ТГ=1278 К

прочность.dwg

Курсовой проект "Турбины
МГТУ им. Н. Э. Баумана
*-размеры для справок.
Отклонение профиля спинки и корыта в расчетных сечениях от
Отклонение профиля входной и выходной кромок 0
Допуск на угол закрутки пера в поперечных сечениях 12 20 мин.
Отклонение ширины хорды профиля пера 0
Допуск на угол посадочных поверхностей 8 мин.
Неуказанные кромки заполировать рад. 0
Требования к поверхности: риски
Контроль методом ЛЮМ-А по технологической документации.
Неуказанные отклонения по IT12.

comp.dwg

Mathcad - расчет_цикла_ГТУ.pdf

температура газа перед турбиной Т1
n = 3000 обмин частота вращения выходного вала
Ne = 40 МВт мощность установки
Значения КПД узлов и коэффициенты характеризующие потери по тракту установки:
коэффициент полного давления при входе
*п_к = 0.89 политропический КПД компрессора
коэффициент полноты горения
коэффициент полного давления в камере сгорания
КПД турбины компрессора
*т2 = 0.92 КПД свободной турбины
*п_т1 = 0.88 политропический КПД турбины компрессора
*п_т2 = 0.9 политропический КПД свободной турбины
вых = 0.98 коэффициент полного давления при выходе
низшее значение теплоты сгорания топлива
газовая постоянная воздуха
Параметры окружающей среды:
Tа = 288 K температура
p а = 101300 Па давление
Расчет оптимальной степени повышения давления в компрессоре:
1 Параметры при входе в компрессор:
p*в = p а вх = 101300 0.98 = 99274
2 Параметры компрессора:
Зададимся рядом значений *к
диапазон значений *к
p*к = p*в *к = 99274
давление за компрессором
КПД компрессора вычисленный по политропическому КПД
температура за компрессором
средняя температура процесса сжатия в компрессоре
уточним значение kв по ожидаемому значению T*ср_к
Lк = C p ( T*к Т*в) =
средняя удельная теплоемкость
3 Рассмотрим турбину компрессора:
ожидаемая температура за компрессором
температура перед турбиной
коэффициент избытка воздуха
примем: kг_1 = 1.292
газовая постоянная продуктов сгорания
средняя удельная теплоемкость продуктов сгорания
относительный расход топлива:
температура определения величины Qн_р
средние удельные теплоемкости:
Cp_г1_m T*г Cp_m T*к
Qн_р 10 г Cp_г1_m T*г + Cp_г1_m T0
зададимся значениями относительных расходов водуха на охлаждение и утечки:
относительный расход воздуха через уплотнения турбины компрессора
gохл = 0.1 относительный расход воздуха на охлаждения
давление перед турбиной
работа турбины компрессора: Lт =
(1 + gт gут_1 gохл) м 4.8 × 105
*т_1 = 3.88 ожидаемая степень понижения давления в турбине компрессора
КПД турбины компрессора вычисленный по политропическому КПД
давление за турбиной компрессора
степень понижения давления в турбине компрессора
температура торможения за турбиной компрессора
средняя температура расширения в турбине компрессора
уточним значение kг_1 по ожидаемому значению T*ср_т_1
4 Рассмотрим свободную турбину:
температура газа перед свободной турбиной
давление газа перед свободной турбиной
давление газа за свободной турбиной
степень понижения давления в свободной турбине
примем: kг_2 = 1.314
КПД свободной турбины вычисленный по политропическому КПД
T*т_2 = T*г_2 1 1 *т_2
T*г_2 + T*т_2 1126.2
температура торможения за свободной
средняя температура процесса расширения в свободной турбине
уточним значение kг_2 по ожидаемому значению T*ср_т_2
Lт_2 = Cp_г2 ( T*г_2 T*т_2) =
ред = 0.98 КПД редуктора 4.4 ×
удельная работа свободной турбины
относительный расход воздуха через уплотнения свободной турбины
Ne_уд = Lт_2 1 + gт gут_2 ред
gт ( 1 gут_1 gут_2 gохл) 3600 0.208
удельный расход топлива
коэффициент полезного действия
Расчет для выбранного значения степени повышения давления
степень повышения давления в компрессоре
p*к = p*в *к = 99274 20 = 1.99 × 10
уточним значение kв по значению T*ср_к
K температура за компрессором
K средняя температура процесса сжатия в компрессоре
Lк = C p T*к Т*в = 1027.76 ( 737.82 288 ) = 4.6 × 10
удельная работа компрессора
3 Турбина компрессора:
Qн_р 10 г Cp_г1_m T*г + Cp_г1_m T0
100 10 0.98 1144 1673 + 1144 290
p*г = г p*к = 0.97 1985480 = 1.9 × 10
(1 + gт gут_1 gохл) м
( 1 + 0.0285 0.01 0.1) 0.99
удельная работа турбины
*т_1 = 3.93 степень понижения давления в турбине компрессора
КПД турбины компрессора вычисленный
по политропическому КПД
уточним значение kг_1 по значению T*ср_т_1
4 Cвободная турбина:
T*г_2 = T*т_1 = 1278.1
p*г_2 = p*т_1 = 5 × 10
примем: kг_2 = 1.312
КПД свободной турбины вычисленный
* = 1278.141 1 1 4.817
T*т_2 = T*г_2 1 1 ( *т_2)
температура торможения за свободной турбиной
уточним значение kг_2 по значению T*ср_т_2
средняя температура процесса расширения в свободной
Lт_2 = Cp_г2 T*г_2 T*т_2 = 1223.692 ( 1278.141 912.94) = 4.5 × 10
Ne_уд = Lт_2 1 + gт gут_2 ред = 446893.542 ( 1 + 0.0285 0.005) 0.98 = 4.482 × 10
gт 1 gут_1 gут_2 gохл 3600
6 Выбор частоты вращения по площади за турбиной:
В двухвальной установке необходимо проверять запас прочности колес турбин высокого (первой ступени) и низкого
давления (последней и первой ступеней).
максимальная частота вращения ротора свободной турбины
приближенная зависимость напряжения на растяжения у корня рабочей
лопатки последней ступени турбины от частоты вращения
площадь сечения турбины при выходе из рабочего колеса последней ступени
удельный объем газа за турбиной
л = 280 МПа допускаемое напряжение на растяжение в корне рабочих лопаток
площадь сечения турбины при выходе из рабочего
колеса последней ступени
относительная длина лопаток последней ступени турбины
окружная скорость на среднем радиусе
длинна лопатки последней ступени
7 Определение числа ступеней турбины:
примем: n т_2 = 6100
располагаемый теплоперепад
условная адиабатная скорость полного расширения в турбине
средний диаметр первой ступени
окружная скорость на среднем радиусе первой ступени
окружная скорость на среднем радиусе последней ступени
= 0.5 355 + 407 = 381.9
среднее значение квадратов окружных
y0 = 0.57 оптимальное отношение (u C 0) для одноступенчатой турбины
лопаточный кпд свободной турбины
коэффициент возврата теплоты
8 Распределение теплоперепада по ступеням:
коэффициент использования скорости
скорость за первой ступенью
C21 + 0.4 10 = 487875 ( 1 + 0.008)
0 + 0.4 10 = 2.597 × 10
теплоперепад первой ступени
9 Построение меридионального сечения проточной части:
степень реактивности первой ступени
Hс1 = H1 1 ρ1 = 259685 ( 1 0.3) = 1.818 × 10
теплоперепад в СА первой ступени
коэффициент скорости истечения СА первой ступени
С1_1 = φ1 2 Hс1 = 0.982 2 181780 = 592.1
скорость истечения из СА первой ступени
температура перед РК
удельный обьем газа перед РК
длина СЛ первой ступени
Зададимся удлинениями сопловых и рабочих лопаток:
= 2 удлинение для первой ступени
удлинение для второй ступени
длина СА первой ступени
ширина СА первой ступени
длина РК первой ступени
ширина РК первой ступени
а_1 = 0.25 b aл_1 = 0.25 100 = 25
длина СА второй ступени
ширина СА второй ступени
длина РК второй ступени
ширина РК второй ступени
а_2 = 0.25 b aл_2 = 0.25 106.67 = 26.7
Расчет ступеней турбины:
1 Расчет первой ступени турбины:
Располагаемый теплоперепад первой ступени:
Степень реактивности:
Располагаемый теплоперепад в СА:
Hс1 = H01 1 ρ1 = 259685 ( 1 0.3) = 1.818 × 10
Коэффициент скорости:
c1_1 = φ1 2 Hс1 = 0.982 2 181780 = 592.1
Средняя условная температура первой ступени
Средняя удельная теплоемкость:
Температура в конце адиабатного расширения в СА:
Давление перед рабочими лопатками:
Кольцевая площадь сечения перед рабочими лопатками:
A1a_1 = Dт_1 l c1_1 = 1.111 0.16 = 0.558
Удельный объем перед рабочими лопатками:
Средняя скорость перед рабочими лопатками:
Окружная скорость при входе на рабочие лопатки:
Относительная скорость при входе в рабочие лопатки:
c1_1 + u 1_1 2 c1_1 u 1_1 cos α1_1 =
2.1 + 357.7 2 592.1 357.7 cos( 0.306)
Угол входа потока на рабочие лопатки:
Располагаемый теплоперепад в РК:
Окружная скорость при выходе из рабочих лопаток:
Коэффициент скорости в рабочих лопатках:
Относительная скорость за рабочими лопатками:
w2_1 = 1 w1_1 + 2 Hл1 + u 2_1 u 1_1
= 0.977 273.2 + 2 78264 + 373.69 357.72 = 481.5
Температура за рабочими лопатками:
w2_1 w1_1 u 2_1 + u 1_1
1.5 273.2 373.69 + 357.72
Температура в конце адиабатного расширения в рабочих лопатках:
Давление за рабочими лопатками:
Удельный объем за рабочими лопатками:
Площадь кольцевого сечения за рабочими лопатками:
A2a_1 = Dл_1 l л_1 = 1.17 0.215 = 0.79
Осевая скорость за рабочими лопатками:
Угол выхода потока из рабочих лопаток:
Скорость закрутки потока за рабочими лопатками:
c2u_1 = w2_1 cos 2_1 u 2_1 = 481.5 cos( 0.322) 373.69 = 83.1
Скорость газа за рабочими лопатками:
2.5 + 83.06 = 173.653
Работа на окружности РК:
Lu_1 = c1u_1 u 1_1 + c2u_1 u 2_1 = 564.6 357.72 + 83.06 373.69 = 2.33 × 10
КПД на окружности РК:
Удельные потери в СА:
Удельные потери в СА с учетом их использования в рабочих лопатках:
Относительные потери в СА:
Относительные потери в СА с учетом их использования в рабочих лопатках:
Удельные потери в рабочих лопатках:
Относительные потери в рабочих лопатках:
Удельные потери с выходной скоростью:
Относительные потери с выходной скоростью:
u1 = 1 'с_1 л_1 в_1 = 1 0.0236 0.0213 0.0581 = 0.897
Радиальный зазор между корпусом и сопловыми лопатками:
с_1 = 0.0015 D1_1 = 0.0015 1.12 = 0.002 м
Радиальный зазор между корпусом и рабочими лопатками:
л_1 = 0.0015 Dл_1 = 0.0015 1.17 = 0.002
Удельные потери в радиальном зазоре:
h з_1 = 1.37 1 + 1.6 ρ1 1 +
Lu_1 = 1.37 ( 1 + 1.6 0.3) 1 +
Относительные потери в радиальном зазоре:
Удельная работа ступени с учетом потери в радиальном зазоре:
Luз_1 = Lu_1 h з_1 = 2.278 × 10
Мощностной КПД ступени:
'т1 = u1 з_1 = 0.897 0.02 = 0.877
Лопаточный КПД ступени:
'л1 = 'т1 + в_1 = 'т1 + 0.0581 = 0.935
Затраты мощности на трение и вентиляцию:
Nт.в_1 = 1.07 Dл_1 + 61 ( 1 1 ) Dл_1 l л_1
Nт.в_1 = 1.07 1.17 + 61 ( 1 1 ) 1.17 0.215
Удельные потери на трение и вентиляцию:
Относительные потери на трение и вентиляцию:
Мощностной КПД ступени с учетом потери на трение и вентиляцию:
т1 = 'т1 т.в_1 = 0.877 0.003 = 0.874
Лопаточный КПД ступени с учетом потери на трение и вентиляцию:
л1 = 'л1 т.в_1 = 0.9351 0.003 = 0.932
Удельная работа ступени:
Lт1 = H01 т1 = 259685 0.874 = 2.27 × 10
Температура за первой ступенью :
Температура торможения за первой ступенью:
Давление торможения за первой ступенью:
Располагаемый теплоперепад по параметрам торможения:
= 1240 1278.1 1 243788
H*01 = Cp_г1 T*0_1 1
КПД ступени по параметрам торможения:
Уголы установки лопаток СА и РК:
γс_1 = 70 0.127 90 α1_1
γс_1 = 70 0.127 90 0.306
γл_1 = 70 0.127 1_1
γл_1 = 70 0.127 0.711
Хорды лопаток СА и РК :
307 291 1136.7 = 657.5
307 291 1078 = 640.3
1.1 Потери в каналах проточной части:
Профильные потери на трение:
c_тр_1 = 0.02185 0.01065 xc_1 2.295 xc_1 + 160.5 0.1055 yc_1 0.3427 yc_1 + 0.295 = 0.014
л_тр_1 = 0.02185 0.01065 xл_1 2.295 xл_1 + 160.5 0.1055 yл_1 0.3427 yл_1 + 0.295 = 0.023
Относительный шаг профилей:
t c_1 = t'c_1 b c_1 = 0.7 177.7 = 124.39 мм
t л_1 = t'л_1 b л_1 = 0.8 158 = 126.4
Толщины выходных кромок:
c_пр_1 = c_тр_1 + c_кр_1 = 0.014 + 0.0107 = 0.025
л_пр_1 = л_тр_1 + л_кр_1 = 0.023 + 0.01 = 0.033
Трение о кольцевые поверхности:
l c1_1 1000 sin α1_1
215 1000 sin( 0.322)
с_к_1 = с_тр_к_1 + с_вт_1 = 0.0085 + 0.0033 = 0.012
л_к_1 = л_тр_к_1 + л_вт_1 = 0.008 + 0.0043 = 0.0123
Коэффициенты потерь решеток:
с_1 = c_пр_1 + с_к_1 = 0.0247 + 0.0118 = 0.037
л_1 = л_пр_1 + л_к_1 = 0.033 + 0.0123 = 0.045
Коэффициенты скорости:
2 Расчет последней ступени турбины:
Температура торможения перед ступенью:
Давление торможения перед ступенью:
p*0_2 = p*ст = 2.438 × 10
Располагаемый теплоперепад ступени:
H02 = C p_г2 Т*0_2 1
Hс2 = H02 1 ρ2 = 246325 ( 1 0.35) = 1.601 × 10
c1_2 = φ2 2 Hс2 = 0.981 2 160111 = 555.1
Средняя условная температура первой ступени:
A1a_2 = D1_2 l c1_2 = 1.23 0.270 = 1.043
плотность газа перед РК
c1_2 + u 1_2 2 c1_2 u 1_2 cos α1_2 =
5.1 + 392.9 2 555.1 392.9 cos( 0.308) = 216.4
5.1 cos( 0.308) 392.9
Hл2 = C p_г2 Т1_2 1
w2_2 = 2 w1_2 + 2 Hл2 + u 2_2 u 1_2
= 0.968 216.4 + 2 86701 + 406.9 392.9 = 465.7
w2_2 w1_2 u 2_2 + u 1_2
5.7 216.4 406.9 + 392.9
A2a_2 = Dл_2 l л_2 = 1.274 0.318 = 1.273
c2u_2 = w2_2 cos 2_2 u 2_2 = 465.7 cos( 0.389) 406.9 = 24
= atan 24 = 82.261 °
Lu_2 = c1u_2 u 1_2 + c2u_2 u 2_2 = 529 392.9 + 24 406.9 = 2.176 × 10
u2 = 1 'с_2 л_2 в_2 = 1 0.022 0.03 0.064 = 0.884
с_2 = 0.0015 Dс_2 = 0.0015 Dс_2 = 0.0015 м
л_2 = 0.0015 Dл_2 = 0.0015 Dл_2 = 0.002
h з_2 = 1.37 1 + 1.6 ρ2 1 +
Lu_2 = 1.37 ( 1 + 1.6 0.35) 1 +
318 217610 = 3.655 × 10
Luз_2 = Lu_2 h з_2 = 2.14 × 10
'т2 = u2 з_2 = 0.884 0.015 = 0.869
'л2 = 'т2 + в_2 = 0.869 + 0.064 = 0.933
Nт.в_2 = 1.07 Dл_2 + 61 ( 1 1 ) Dл_2 l л_2
Nт.в_2 = 1.07 1.274 + 61 ( 1 1 ) 1.274 0.318
т2 = 'т2 т.в_2 = 0.869 0.0024 = 0.867
л2 = 'л2 т.в_2 = 0.933 0.0024 = 0.931
Lт2 = H02 т2 = 246325 0.867 = 2.136 × 10
Температура за второй ступенью :
Температура торможения за второй ступенью:
Давление торможения за второй ступенью:
H*02 = Cp_г2 Т*0_2 1
γс_2 = 70 0.127 α0_2
γс_2 = 70 0.127 1.072
γл_2 = 70 0.127 1_2
γл_2 = 70 0.127 0.89
333 291 962.9 = 611.2
333 291 894.8 = 589.1
c_тр_2 = 0.02185 0.01065 xc_2 2.295 xc_2 + 160.5 0.1055 yc_2 0.3427 yc_2 + 0.295 = 0.017
л_тр_2 = 0.02185 0.01065 xл_2 2.295 xл_2 + 160.5 0.1055 yл_2 0.3427 yл_2 + 0.295 = 0.039
t c_2 = t'c_2 b c_2 = 0.7 134.8 = 94.36
t л_2 = t'л_2 b л_2 = 0.8 127.8 = 102.24 мм
c_пр_2 = c_тр_2 + c_кр_2 = 0.017 + 0.014 = 0.031
л_пр_2 = л_тр_2 + л_кр_2 = 0.039 + 0.0103 = 0.049
l c1_2 1000 sin α1_2
270 1000 sin( 0.308)
318 1000 sin( 0.389)
с_к_2 = с_тр_к_2 + с_вт_2 = 0.0051 + 0.0018 = 0.007
л_к_2 = л_тр_к_2 + л_вт_2 = 0.007 + 0.0048 = 0.0118
с_2 = c_пр_2 + с_к_2 = 0.031 + 0.0069 = 0.038
л_2 = л_пр_2 + л_к_2 = 0.0493 + 0.0118 = 0.061
3 Расчет параметров турбины:
Удельная работа турбины:
LтΣ = Lт1 + Lт2 = 226965 + 213564 = 4.405 × 10
Мощностной КПД турбины:
Лопаточный КПД турбины:
Располагаемый теплоперепад турбины по параметрам торможения:
H*т = C p_г T*0_1 1
КПД турбины по параметрам торможения:
N = LтΣ Gв м = 440529 89.236 0.99 = 38.918 × 10
Профилирование по радиусу второй ступени:
Профилирование по радиусу при постоянной циркуляции:
Скорости и углы средний радиус:
c0a_2 = c2a_1 = 152.5 мс
c0u_2 = c2u_1 = 83.06
Радиусы профилирования:
Окружная скорость РК:
периферийное сечение
Окружные скорости потока:
Изменение углов сопловых и рабочих лопаток по радиусу:
оптимальный относительный шаг СА
оптимальный относительный шаг РК
хорда лопатки СА на среднем радиусе
хорда лопатки РК на среднем радиусе
t c_2 = t'c_2 b с_ср = 0.8 172 = 137.6
шаг СА на среднем радиусе
t л_2 = t'л_2 b л_ср = 0.9 105 = 94.5
шаг РК на среднем радиусе
Степени реактивности:
теплоперепад СА во втулочном
теплоперепад СА в среднем сечении
теплоперепад СА в периферийном

Чертеж1_ready.frw

Технические характеристики:
Частота вращения вала n
Степень понижения давления
Температура газа перед турбиной