Курсовой проект - Расчет турбопривода ПН к турбоустановке Т-250-300
Подождите немного. Документ загружается.
11
5.Расчет проточной части турбопривода.
Расчет проточной части выполнен с помощью программы, составленной в MathCad на базе
расчета турбинных ступеней от конечных параметров (см. приложение 1), поэтому данные
расчета будут приложены в виде таблиц.
5.1.Расчет первой ступени турбопривода.
Таблица 1. Исходные данные.
Название параметра
Обозначение Величина
Давление за ступенью, Па
P
2
1812500
Удельный объем за ступенью,
м
3
/кг
v
2t
0.166
Высота сопловой решетки, м
l
1
0.02
Высота рабочей решетки, м
l
2
0.022
Хорда сопловой решетки, м
b
1
0.050
Хорда рабочей решетки, м
b
2
0.025
Диаметр ступени, м
d 0.6
Частота оборотов, с
-
1
n 100
Угол выхода из сопловой
решетки
α
1
12
Угол выхода из рабочей
решетки
β
2
22
Таблица 2. Данные полученные после расчета.
Название параметра
Обозначение Величина
Окружная скорость
U 188.4 м/с
Площадь сечения сопловой
решетки
F
c
0.041 м
2
Коэффициент скорости
сопловой решетки
ϕ
0.957
Коэффициент скорости
рабочей решетки
ψ
0.945
Относительная cкорость
выхода из рабочей решетки
W
2t
194.6 м/с
Удельный объем за сопловой
решеткой
v
1t
0.16 м
3
/кг
Теплоперепад на рабочую
решетку
h
02
10.61 кДж/кг
Абсолютная скорость выхода
из сопловой решетки
C
1t
335.3 м/с
Давление после сопловой
решетки
P
1
1.877
⋅
10
6
Па
12
Теплоперепад на сопловую
решетку
h
01
56.21 кДж/кг
Удельный объем перед
сопловой решеткой
v
0
0.137 м
3
/кг
Давление перед сопловой
решеткой
P
0
2.257⋅10
6
Па
Полный теплоперепад на
ступень
h
0
75.57 кДж/кг
Фиктивная скорость
C
0
389.1 м/с
Степень реактивности ступени
ρ
0.066
Число Маха для ступени
М
0.573
Удельная работа
Lu
55.78 кДж
Окружной КПД ступени
η
u
0.737
Абсолютная скорость выхода
потока из колеса рабочей
решетки
C
2t
73.3 м/с
Относительная скорость
выхода из сопловой решетки
W
1t
155.9 м/с
Расчетная мощность на валу
Nu
0.959 МВт
Коэффициент потерь энергии в
сопловой решетке
ξ
c
0.108
Коэффициент потерь энергии в
рабочей решетке
ξ
P
0.083
Мощность на валу с учетом
потерь энергии
N
i
0.776 МВт
Относительный внутренний
КПД турбинной ступени
η
oi
0.596
13
Рис.4. Входной и выходной треугольники скоростей для первой ступени турбопривода.
Для данной ступени примем профили сопловой и рабочей решеток соответственно:
С-90-12А
Р-23-14А
a
1
C
1t
U
W
1t
U
B
2
W
2t
C
2t
14
5.2. Расчет второй ступени турбопривода.
Таблица 2. Исходные данные.
Название параметра
Обозначение Величина
Давление за ступенью, Па
P
2
1390000
Удельный объем за ступенью,
м
3
/кг
v
2t
0.23
Высота сопловой решетки, м
l
1
0.03
Высота рабочей решетки, м
l
2
0.032
Хорда сопловой решетки, м
b
1
0.050
Хорда рабочей решетки, м
b
2
0.025
Диаметр ступени, м
d 0.61
Частота оборотов, с
-
1
n 100
Угол выхода из сопловой
решетки
α
1
12
Угол выхода из рабочей
решетки
β
2
24
Таблица 2. Данные полученные после расчета.
Название параметра
Обозначение Величина
Окружная скорость
U 191.6 м/с
Площадь сечения сопловой
решетки
F
c
0.061 м
2
Коэффициент скорости
сопловой решетки
ϕ
0.965
Коэффициент скорости
рабочей решетки
ψ
0.948
Относительная cкорость
выхода из рабочей решетки
W
2t
167.2 м/с
Удельный объем за сопловой
решеткой
v
1t
0.225 м
3
/кг
Теплоперепад на рабочую
решетку
h
02
7.6 кДж/кг
Абсолютная скорость выхода
из сопловой решетки
C
1t
314.8 м/с
Давление после сопловой
решетки
P
1
1.423
⋅
10
6
Па
Теплоперепад на сопловую
решетку
h
01
51.08 кДж/кг
Удельный объем перед v
0
0.197 м
3
/кг
15
сопловой решеткой
Давление перед сопловой
решеткой
P
0
1.659⋅10
6
Па
Полный теплоперепад на
ступень
h
0
64.8 кДж/кг
Фиктивная скорость
C
0
359.9 м/с
Степень реактивности ступени
ρ
0.055
Число Маха для ступени
М 0.552
Удельная работа
Lu 48 кДж
Окружной КПД ступени
η
u
0.741
Абсолютная скорость выхода
потока из колеса рабочей
решетки
C
2t
78.3 м/с
Относительная скорость
выхода из сопловой решетки
W
1t
133.5 м/с
Расчетная мощность на валу
Nu
0.83 МВт
Коэффициент потерь энергии в
сопловой решетке
ξ
c
0.069
Коэффициент потерь энергии в
рабочей решетке
ξ
P
0.101
Мощность на валу с учетом
потерь энергии
N
i
0.686 МВт
Относительный внутренний
КПД турбинной ступени
η
oi
0.615
16
Рис.5. Входной и выходной треугольники скоростей для второй ступени турбопривода.
Для данной ступени примем профили сопловой и рабочей решеток соответственно:
С-90-12А
Р-23-14А
a
1
C
1t
U
W
1t
U
B
2
W
2t
C
2t
17
5.3.Расчет последней ступени турбопривода.
Таблица 3. Исходные данные.
Название параметра
Обозначение Величина
Давление за ступенью, Па
P
2
800000
Удельный объем за ступенью,
м
3
/кг
v
2t
2.35
Высота сопловой решетки, м
l
1
0.22
Высота рабочей решетки, м
l
2
0.222
Хорда сопловой решетки, м
b
1
0.050
Хорда рабочей решетки, м
b
2
0.025
Диаметр ступени, м
d 0.8
Частота оборотов, с
-
1
n 100
Угол выхода из сопловой
решетки
α
1
12
Угол выхода из рабочей
решетки
β
2
24
Таблица 2. Данные полученные после расчета.
Название параметра
Обозначение Величина
Окружная скорость
U 251.3 м/с
Площадь сечения сопловой
решетки
F
c
0.558 м
2
Коэффициент скорости
сопловой решетки
ϕ
0.978
Коэффициент скорости
рабочей решетки
ψ
0.956
Относительная cкорость
выхода из рабочей решетки
W
2t
186.4 м/с
Удельный объем за сопловой
решеткой
v
1t
2.337 м
3
/кг
Теплоперепад на рабочую
решетку
h
02
11.67 кДж/кг
Абсолютная скорость выхода
из сопловой решетки
C
1t
354.4 м/с
Давление после сопловой
решетки
P
1
8.05⋅10
6
Па
Теплоперепад на сопловую
решетку
h
01
62.78 кДж/кг
Удельный объем перед
сопловой решеткой
v
0
2.27 м
3
/кг
Давление перед сопловой
решеткой
P
0
8.322⋅10
3
Па
18
Полный теплоперепад на
ступень
h
0
84.47 кДж/кг
Фиктивная скорость
C
0
411 м/с
Степень реактивности ступени
ρ
0.066
Число Маха для ступени М 0.242
Удельная работа Lu 62.92 кДж
Окружной КПД ступени
η
u
0.745
Абсолютная скорость выхода
потока из колеса рабочей
решетки
C
2t
111 м/с
Относительная скорость
выхода из сопловой решетки
W
1t
120.4 м/с
Расчетная мощность на валу
Nu
1.082 МВт
Коэффициент потерь энергии в
сопловой решетке
ξ
c
0.044
Коэффициент потерь энергии в
рабочей решетке
ξ
P
0.087
Мощность на валу с учетом
потерь энергии
N
i
0.94 МВт
Относительный внутренний
КПД турбинной ступени
η
oi
0.648
Рис.6. Входной и выходной треугольники скоростей для последней ступени турбопривода.
Для данной ступени примем профили сопловой и рабочей решеток соответственно:
С-90-12А
Р-23-14А
a
1
C
1t
U
W
1t
U
B
2
W
2t
C
2t
19
6.Прочностные рассчеты.
6.1. Расчет на прочность рабочей лопатки последней ступени.
Максимальное напряжение от центробежных сил в рабочей лопатке записывается:
221248894.0
01max
=⋅=⋅= σσ k
где 2482.08.062878505.05.0
22
01
=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= ld
СР
ωρσ [МН/м
2
]
где в свою очередь:
ρ -плотность материала лопатки 7850 кг/м
3
ω -угловая скорость
62810014.322
=
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
n
π
ω
м/с
l=0.22 м,- высота лопатки
d
СР
=0.8 м – средний диаметр
k – коэффициент разгрузки, показывает, во сколько раз напряжение в корневом сечении
лопатки переменного профиля отличается от напряжения в корневом сечении лопатки
постоянного профиля. Турбинные лопатки проектируют таким образом, что k<1, обычно k
находят по формуле:
894.08.0 === ϖk
где ϖ=0.8 –отношение площадей профилей лопатки в периферийном и корневом сечениях.
Для стали [
ДОП
σ ]=760 МН/м
2
Коэффициент запаса прочности:
4.3
221
760
max
===
σ
σ
ДОП
T
k
6.2. Расчет вала на критику.
Критическое число оборотов ротора:
2.255
0014.0
55.955.9
0
===
f
n
КР
, об/мин
0014.0
10
01
.
1
10
208
48
6.135280
48
59
33
0
0
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
I
E
lG
f -величина статического прогиба.
5
44
1001.1
64
12.014.3
64
−
⋅=
⋅
=
⋅
=
d
I
π
-момент инерции
Е=208⋅10
9
Н/м
3
– модуль упругости
G
0
=m⋅g=3600⋅9.8= 35280 Н -сила от веса ротора
20
6.3. Расчет вала на прочность.
На вал турбины действуют: крутящий момент, обуславливаемый развиваемую турбиной
мощность, изгибающий момент, вознекающий под действием частей ротора, но ввиду его малости
изгибающим моментом пренебрежем.
Наибольшее касатльное напряжение при изгибе и кручении:
101354202708
2
1
2
1
22
max
=⋅
⋅
=+⋅
⋅
=
КИ
MM
w
τ
0026.0
32
3.014.3
32
33
=
⋅
=
⋅
=
d
w
π
-момент сопротивления для испытываемого сечения вала.
202708
6000
105.12
9730097300
3
=
⋅
⋅=⋅=
n
N
M
K