Тепловые расчеты турбоагрегата

Целью тепловых расчетов является проектирование турбины, обеспечивающей потребную для движения корабля мощность на полном переднем ходу. Условимся в дальнейшем режим полного хода называть номинальным или расчетным в отличие от режимов частичной нагрузки и перегрузки, которые будем называть нерасчетными.

В тепловых расчетах турбин встречается два типа задач - прямая и обратная. В прямой задаче теплового расчета при заданной геометрии лопаточного аппарата и геометрических размерах проточной части определяются закономерности изменения параметров потока пара вдоль оси турбины и по длине лопатки. Этот тип задач встречается при расчете характеристик работы турбины на нерасчетных режимах.

В обратной задаче при заданных законах изменения параметров потока вдоль оси турбины и законе закрутки лопаточного аппарата определяются геометрические параметры ступеней и турбины в целом, геометрия лопаточного аппарата.

В данном проекте решается обратная задача. Решение прямой задачи предполагается выполнять в курсовом проекте по курсу Судовые энергетические установки, где определяются характеристики работы спроектированной в этом проекте турбины на нерасчетных режимах.

Основными требованиями при проектировании турбины помимо обеспечения потребной мощности являются высокая энергетическая эффективность (минимальные потери энергии) и минимальные массо-габаритные характеристики.

Для турбоагрегатов различного назначения значимость этих характеристик различна. Так для транспортных агрегатов основное требование - высокий К.П.Д., а для корабельных турбоагрегатов основное требование - обеспечение минимальных массо-габаритных характеристик при максимальной надежности и простоте обслуживания.

Поэтому в корабельных турбоагрегатах принимается повышенное (по сравнению со стационарными и транспортными) давление в конденсаторе Р_2К (см.рис.2) увеличенные скорости выхода потока из последней ступени, что приводит к увеличению потерь в энергии с выходной скоростью потока q₂ и снижению К.П.Д. турбоагрегата и энергетической установки в целом.

Располагаемый теплоперепад Н_АТ (рис.2) в ядерных энергетических установках достигает 1000 ¸ 1200 кДж/кг, а в установках на органическом топливе Н_АТ значительно больше. Поэтому для достижения высокого К.П.Д. турбины, её проточная часть должна содержать такое количество ступеней, чтобы срабатываемый теплоперепад, к.п.д и скоростная характеристика этих ступеней были оптимальными.

На рис.1 приведены зависимости К.П.Д. h_U от скоростной характеристики n₁ для различных ступеней: А₂ (активной двухвенечной - ступени Кертиса), А (активной одновенечной), R (конгруэнтной, r= 0,5).

Максимальный К.П.Д. ступеней достигается при оптимальном значении скоростной характеристики n₁. На практике расчетная точка принимается обычно левее оптимальной, т.е. n_1рас < n_1опт . Это позволяет при незначительном уменьшении К.П.Д. на режиме полного хода получать устойчивый К.П.Д. на режимах частичной нагрузки и несколько увеличить срабатываемый теплоперепад в ступенях, т.е. уменьшить число ступеней и, следовательно, массогабаритные характеристики турбины. Это особенно важно для корабельных турбин, которые значительную часть срока службы работают на режимах частичной нагрузки. Тепловой расчет турбинных ступеней осуществляется по методу треугольников скоростей. Производится предварительный и уточненный расчет первой и последней ступеней, число ступеней в турбине определяется по среднему теплоперепаду с учетом коэффициента возвращенной теплоты.

Для упрощения расчетов принят только один отбор пара. Все расчеты выполняются в соответствии с требованиями, изложенными в гл. 3.

Примечание: все расчеты выполняются в табличной форме.

Зависимость h_U =¦(n₁)

Рис.1