Расчет закона закрутки второй ступени турбины компрессора

Во второй ступени турбины компрессора также принимаем обратный закон закрутки rtg?1=const, hu®=const.

Расчет сведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Расчет закона закрутки второй ступени турбины компрессора.

Наименование величины.	Формула.	Обозна-чение.	Размер-ность.	Сечение.
Корн.	Средн.	Периф.
Относительный радиус.	;	0,84.	1,00.	1,16.
Угол выхода потока из сопел.	?1.	град.	18,9.	16,0.	13,9.
Осевая составляющая скорости за СА.	C1a.	м/с.	221,7.	160,8.	121,5.
Окружная проекция абсолютной скорости.	C1u.	м/с.	648,0.	560,6.	492,2.
Скорость газа на выходе из сопел.	C1.	м/с.	684,9.	583,2.	507,0.
Осевая составляющая скорости за РЛ.	C2a.	м/с.	160,0.	160,0.	160,0.
Окружная скорость.	U1.	м/с.	310,5.	370,5.	430,4.
Окружная скорость.	U2.	м/с.	318,6.	380,1.	441,6.
Адиабатический теплоперепад в соплах.	hcад.	кДж/кг.	244,2.	177,1.	133,8.
Термодинамическая степень реактивности.	?т.	;	0,01.	0,28.	0,46.
Угол входа потока на РЛ.	?1.	град.	33,3.	40,2.	63,0.
Скорость входа потока на РЛ.	W1.	м/с.	403,8.	249,0.	136,3.
Скорость выхода потока из РЛ.	W2.	м/с.	387,7.	424,6.	468,1.
Угол выхода потока из РЛ.	?2.	град.	24,4.	22,1.	20,0.
Окружная проекция относительной скорости.	W2u.	м/с.	353,1.	393,3.	440,0.
Окружная проекция абсолютной скорости.	C2u.	м/с.	34,6.	13,2.	— 1,6.
Угол выхода потока за РЛ.	?2.	град.	78,8.	85,3.	90,6.
Кинематическая степень реактивности.	?кин.	;	0,01.	0,26.	0,43.
Удельная работа на ободе.	hн.	кДж/кг.	193,0.	205,4.	215,3.
Скорость выхода потока.	C2.	м/с.	163,7.	160,5.	160,0.
Статическая температура за СА.	T1.	К.	1239,0.	1295,1.	1331,2.
Статическое давление за СА.	P1.	МПа.	0,9957.	1,2097.	1,3654.
Температура заторможенного потока за РЛ.	T1w*.	К.	1309,9.	1322,1.	1339,3.
Скорость звука на выходе из СА.	a1.	м/с.	681,4.	692,6.	700,8.
Число Маха на выходе из СА.	с1/а1.	Mc1.	;	1,01.	0,84.	0,72.
Число Маха на входе в РК.	w1/a1.	M1w.	;	0,59.	0,36.	0,19.

По результатам расчета закона закрутки построены треугольники скоростей (рис. 2.6) и графики изменения реактивности, углов и скоростей потока по радиусу ступени (рис. 2.7−2.9).

Расчет закона закрутки первой ступени силовой турбины

Для первой ступени силовой турбины выбираем закон постоянства циркуляции С1ur 2=const, С1а®=constРасчет сведен в табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Расчет закона закрутки первой ступени силовой турбины.

<…

Воздействие на регулирующие факторы называют способом регулирования, а заданное изменение параметров — законом или программой регулирования.

Регулируемый сопловой аппарат первой ступени силовой турбины применяется в ГТУ разработки General Electric — MS5002 и Nuovo Pignone — PGT-10. При помощи РСА могут быть выполнены следующие программы управления установкой (кроме поддержания заданной мощности):

• · nок=const, когда поддерживается постоянной частота вращения вала компрессора и приводящей его турбины или вала КНД-ТНД;
• · Тт=const, когда постоянной поддерживается температура за ССТ.

Первая программа управления позволяет получать в холодное время года более высокую степень сжатия в цикле, что важно для безрегенераторных ГТУ, а летом и при загрязнении проточной части турбомашинболее высокую располагаемую мощность.

Вторая программа управления обеспечивает более высокую экономичность в регенеративных ГТУ.

Так как компрессор снабжен регулируемым входным направляющим аппаратом, то возможно использование обеих программ регулирования.

Поворот лопаток РСА ССТ может производиться для[8,9 ]регулирования расхода рабочего тела через турбину, перераспределения работы между ступенями турбины и её каскадами, а также возможно снижение потерь в лопаточных венцах турбины на нерасчетных режимах (т.к. изменяется форма треугольников скоростей).

Таким образом, использование РСА в ССТ, как второго регулирующего фактора (кроме топливного клапана) в данном двигателе позволяет более эффективно эксплуатировать его в широком диапазоне режимов и с минимальным расходом топлива на переменных режимах.

При повороте сопловых лопаток в сторону уменьшения проходной площади соплового аппарата растут теплоперепад на силовую турбину и давление перед ней; разность энтальпий на турбину компрессора, а вслед за этим и её частота вращения падают. Поскольку регулятор ГТУ при данной нагрузке поддерживает топливный клапан в неизменном положении, то при снижении зтк, а следовательно и расхода воздуха, установится более высокая температура газа перед и за турбиной.

При открытии лопаток и увеличении проходной площади соплового аппарата процесс идёт в обратном направлении. Степень сжатия компрессора при этом меняется мало, так как снижение оборотов и расхода во многом компенсируется повышением температуры перед турбиной.

Имеется возможность установить на валу компрессора генератор собственных нужд. В таком случае весь год нужно работать по программе регулирования nтк=1.

Эта программа регулирования может считаться надёжностной, так как неизменная частота вращения турбокомпрессора способствует более высокой вибронадёжности лопаточного аппарата компрессора и ТВД (упрощается отстройка лопаток по частоте).

На номинальном режиме в среднем сечении угол выхода потока = 22,5°.

При максимальном прикрытии СА угол уменьшается до 15°. При этом, как видно из графика (Рис. 6.2) КПД возрастает. С уменьшением угла выхода потока из сопел понижается и степень реактивности.

Дальнейшее прикрытие СА нецелесообразно, так как в корневом сечении лопатки реактивность может быть отрицательной, что недопустимо.

Раскрытие лопаток РСА до значений 1,1 приводит к умеренному падению кпд (0,5%) регулируемой ступени. При этом экономический эффект от использования РСА СТ возрастает.

Рекомендуемые пределы изменения выходной площади РСА для обеспечения основных режимовдо 20% в сторону уменьшения и до 10% в сторону увеличения.

Стоит отметить общие дополнительные преимущества, предоставляемые использованием РСА силовой турбины в приводных ГТУ:

• · возможность увеличения отпуска теплоты высокого потенциала в холодное время года при номинальной и неполных нагрузках;
• · сохранение более высокой мощности ГТУ при введении дополнительного сопротивления на воздухоприёмном или газовыпускном тракте;
• · возможность частичной компенсации производственных отклонений в процессе изготовления, а также приспособления ГТУ к конкретным атмосферным условиям в месте установки;
• · возможность запуска с увеличенным удалением от границы помпажа осевого компрессора, что позволяет упростить его регулирование и снизить мощность пускового устройства;
• · улучшение динамических характеристик ГТУ.

Расчетная часть Изменение площади проходного сечения находится по формуле:

Эффективный КПД ступени турбины[10]:

.

где; ц=0,97; Ш=0,95; L=115 100 кДжкгиз газодинамического расчета.

Коэффициент нагрузки ;

Степень реактивности ;

Коэффициент расхода .

Скорости — из расчета закона закрутки 1ой ступени ССТ, значения рассчитанных величин приведены в таблице 6.1.

Наименование величины.	Формула.	Обозна-чение.	Размер-ность.	Сечение.
Вели; чина.	Раз; мер; ность.	Значение.
б1.	град.									22,5.
С1u.	мс.	342,4.	340,7.		337,1.	335,1.	333,1.	330,9.	328,6.	327,5.	323,8.	321,4.
С2u.	мс.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.	31,3.
м.	;	1,458.	1,452.	1,445.	1,438.	1,430.	1,422.	1,413.	1,405.	1,400.	1,386.	1,376.
с.	;	0,393.	0,396.	0,400.	0,403.	0,407.	0,411.	0,415.	0,420.	0,422.	0,429.	0,434.
С1а.	мс.	91,75.	97,7.	103,6.	109,5.	115,4.	121,2.	127,0.	132,8.	135,6.	144,1.	149,5.
Са.	;	0,358.	0,381.	0,404.	0,427.	0,450.	0,473.	0,496.	0,518.	0,529.	0,563.	0,583.
F1/F01.	;	0,676.	0,700.	0,764.	0,808.	0,851.	0,894.	0,936.	0,979.	1,000.	1,063.	1,104.
Ют.	;	0,902.	0,9.	0,898.	0,896.	0,894.	0,892.	0,890.	0,888.	0,886.	0,882.	0,880.

Результаты расчетов представлены на графиках (Рис. 6.2−6.5).

Краткое описание конструкции и принципа действия поворотного механизма СА.

Движение штока сервомотора через тягу, рычаг приводной, и другие соединительные звенья передается на кольца приводные и далее через рычаги одновременно на все поворотные лопатки 1й ступени ССТ.

Для уменьшения радиальных зазоров по концам лопаток примыкающие к поворотным направляющим лопаткам меридиональные поверхности должны быть выполнены по сферам, описанным радиусами из центра, расположенного на пересечении оси цапф лопатки с осью турбины.

В отечественном турбиностроении РСА не распространены. Между тем установка РСА в свободную силовую турбину позволяет применять различные программы регулирования, более эффективно использовать ГТУ в широком диапазоне режимов при незначительном усложнении конструкции. Ввиду всех вышеперечисленных преимуществ выбранная спецтема является актуальной и перспективной.

8. Вопросы стандартизации, метрологии и обеспечения качества продукции В целях обеспечения стандартизации и унификации сборочных работ применяют сходные по трудоемкости, материалам, инструментам, деталям процессы. Кроме сокращения выполняемых работ по сборке, типизация позволяет сократить объем разрабатываемой документации.

При работах по монтажу турбоагрегатов и их сборке в заводских условиях используются калибровочные валы, которые позволяют провести метрологические измерения. Турбина оснащена необходимым количеством замеров.

Для проверки качества продукции установка проходит контроль ОТК, контрольные операции по проверке качества сборки агрегата осуществляется непосредственно перед приемо-сдаточными испытаниями. Приемо-сдаточные операции согласно ГОСТ 29 690–78 проводятся на предприятии. При этом проверяется качество изготовления и сборки, правильность работы отдельных сборочных узлов и их взаимодействие, мощность, КПД ГТУ.

После окончания монтажа ГТУ на КС проводятся эксплуатационные испытания, при которых осуществляется приемка ГТУ заказчиком, проверка качества монтажа и правильность настройки систем регулирования и защиты. Длительность работы ГТУ гарантируют при испытаниях под нагрузкой.

В соответствии с ГОСТ 17 140–84 ГТУ должны выполняться по схеме открытого цикла с независимой силовой турбиной с регенерацией или без регенерации тепла выхлопных газов. Номинальные значения основных параметров ГТУ должны соответствовать параметрам, представленным в таблице 10.1.

Таблица 10.1.

Номинальные значения основных параметров ГТУ.

Мощность, МВт. (при номинальных условиях).	КПД. (при номинальных условиях).	КПД. (для станции).	Удельная масса.
% (не менее).
6,3.
10,0.			5,6.
16,0.			3,8.
25,0.			3,6.
40,0.

Для вновь проектируемой ГТУ (с новой проточной частью) КПД должен быть не менее, чем на 2 процента выше, указанных в таблице 10.1.

Допускается повышение номинальных мощностей ГТУ в результате конструкторских или технологических усовершенствований при условии подтверждения соответствующими испытаниями возможностей надежной эксплуатации с повышенной мощностью.

По ГОСТ 21 199–82 ГТУ должны надежно работать с мощностью на 20% выше номинальной при любых погодных условиях без повышения номинальной температуры газа перед турбиной.

Блочная конструкция ГТУ позволяет обеспечить взаимозаменяемость сборочных единиц и деталей и их централизованный ремонт.

При оформлении графической документации и пояснительной записки использовались следующие стандарты:

• — ГОСТ 2.101−68 Виды изделий;
• — ГОСТ 2.102 101 — 68 Виды и комплектность конструкторских документов;
• — ГОСТ 2.301 — 68 Форматы;
• — ГОСТ 2.302 — 68 Масштабы;
• — ГОСТ 2.303 — 68 Линии;
• — ГОСТ 2 304 — 68 Шрифты чертежные;
• — ГОСТ 2.305 — 68 Изображения, виды, разрезы, сечения;
• — ГОСТ 2.307 — 68 Нанесение размеров и предельных отклонений;
• — ГОСТ 2.311 — 68 Резьбы;
• — ГОСТ 2.401 — 68 Пружины.