Методы и задачи теплового расчета, исходные данные

При проектировании судовых паровых турбин применяется довольно большое количество различных методов тепловых расчетов. Основными из этих методов являются:

1) Метод расчета турбин по треугольникам скоростей;

2) Графические методы расчетов:

- метод V²;

- метод V;

3) Заводские методы расчетов.

Указанные методы теплового расчета турбин рекомендуется использовать в зависимости от целей проектирования.

Основным методом является – метод расчета турбин по треугольникам скоростей на расчетный режим, как правило, режим самого полного переднего хода. Из всех вышеуказанных методов он является наиболее строгим в теоретическом отношении и в то же время наиболее универсальным методом.

Используемое в этом методе построение процесса расширения пара в турбине на диаграмме h-s и построение треугольников скоростей является по существу составной частью почти всех других методов тепловых расчетов.

Графические методы расчетов проводятся для проверки возможности использования турбины на режимах, отличных от расчетного, а также, когда облопатывание проточной части выбрано по конструктивным соображениям, или по готовым образцам.

В таких случаях при наличии в ступенях малых адиабатических теплоперепадов построение процесса на диаграмме h-s становится затруднительным. Кроме того, ошибки графического порядка, неизбежно возникающие при операциях с большим количеством малых отрезков, приобретают существенное значение, более удобным становится применение графических методов расчетов по сравнению с методом треугольников скоростей.

Малые адиабатические перепады обычно имеют место в ступенях реактивных турбин; поэтому упомянутые графические методы расчетов нашли наибольшее применение при расчетах турбин реактивного типа, но могут также применяться и для расчета активных турбин.

Заводские методы расчета тепловых турбин, как правило, основаны на ряде опытных зависимостей и эмпирических формул, проверенных на большом количестве построенных турбин. При помощи этих зависимостей и формул могут быть определены различного рода потери в турбине и КПД ее ступеней. В теоретическом отношении заводские методы расчетов не содержат принципиально новых положений, а порядок их выполнения легко может быть усвоен при пользовании заводскими расчетными инструкциями.

Для более детального рассмотрения физических явлений преобразования энергии, уяснения взаимосвязи параметров, обобщения и закрепления знаний в области теории турбинной ступени ниже будем рассматривать метод расчета турбинных ступеней по треугольникам скоростей с использованием аэродинамических характеристик решеток профилей [2].

Тепловой расчет турбинной ступени имеет следующую цель: рассчитать такую турбинную ступень, которая имеет максимально возможный КПД при минимальных массогабаритных показателях и достаточно надежную в эксплуатации.

В ходе теплового расчета турбинной ступени необходимо решить следующие задачи:

1. Выбрать необходимые профили направляющей и рабочей решеток.

2. Определить основные геометрические характеристики турбинной ступени:

- размеры турбинных решеток D, ℓ, В, в, z;

- положение профилей в решетках t, β_в, , ;

- зазоры между подвижными и неподвижными частями турбинной ступени δ_r, δ_а, , ;

- осевую длину турбинной ступени L.

3. Рассчитать параметры потока пара в выходных сечениях направляющей и рабочей решеток С₁, W₂, ∑q_u и ∑q_i.

4. Рассчитать внутреннюю мощность и внутренний КПД турбинной ступени N_i и η_i.

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.

Состояние пара перед рассчитываемой решеткой определяется из расчета предыдущего венца лопаток. При расчете направляющего венца промежуточной к - той ступени значения скорости с_2к-1на входе в решетку и входного угла потока α_2к-1 определяется из выходного треугольника скоростей предыдущей ступени. При расчете рабочей решетки значения w₁ и β₁определяются из входного треугольника скоростей данной ступени.

В качестве исходных данных для расчета промежуточной турбинной ступени следует рассматривать:

Состояние пара перед турбинной ступенью, которое может быть задано непосредственно точкой А₀ диаграммы h-s (рис.66) или параметрами Р₀ и t₀, которые определяют эту точку. Для влажного пара вместо t₀ задают степень сухости пара x₀.

Скорость пара на входе в решетку С_2к-1,при расчете направляющего аппарата первой ступени С_2к-1 = 0.

Давление пара за турбинной ступенью Р₁.