Расчет выполняется в следующем порядке

Часть потенциальной энергии газа, которая вместо механической энергии преобразуется в тепловую энергию, вновь используется на получение полезной работы последующими ступенями (рис.19б).

Рис.18. Схема проточной части газовой турбины

i i

i₀ T₀ P₀ i₀ T₀ P₀

H_i

H_t H₀

H₀

P_z P_z i_z

i_zt

e i_zt

S S

а) б)

Рис.19. Процесс работы турбины

Если бы турбина была идеальным двигателем, процесс расширения газа закончился бы в точке е (рис.19а) и при давлении Р_z он бы имел энтальпию i_zt.

В действительности часть энергии преобразуется снова в тепловую. Это происходит за счет трения потока газа о поверхность ротора и корпуса турбины. Процесс идет с ростом энтропии и изображается кривой на диаграмме (рис.19а).

Располагаемый теплоперепад на турбине выражается формулой

(145)

В связи с этим КПД многоступенчатой турбины выражается следующим образом

(146)

В выражении (146) коэффициент возврата тепла

(147)

Для отдельной ступени

Количество тепла

(148)

где - потери в единичной ступени турбины.

Удельная механическая работа турбины, выражается формулой

,Дж/кг. (149)

В которой - показатель адиабаты газа, входящего в решетку; - газовая постоянная, Дж/кг К; - температура газа на входе в турбину, К; - давление полностью заторможенного газа, соответственно, до турбины и за ней, Па; - расход газа через ступень турбины, кг/с; КПД турбины.

3.3. Расчет основных параметров турбины

Исходные данные для расчета турбины, схема которой представлена на рис.18.

Р_d^* - конечное давление полностью заторможенного газа после турбины (1,02*10⁵ Па);

n – частота вращения, (50 с^-1);

R = 290 Дж/(кг*К) – газовая постоянная;

С_РГ=1,130 кДж/(кг*К) – теплоемкость газа при постоянном давлении;

m = (k-1)/k =R_Г / C_РГ = 290/1130 = 0,256;

W_c = скорость газа во входном патрубке (30 – 40 м/с);

С₀ – скорость газа перед первой ступенью (70 – 100 м/с);

W_d – скорость газа за последней ступенью (30 – 50 м/с);

- к.п.д. входного патрубка (0,9 – 0,95);

- к.п.д. патрубка выхода газа (0,4 – 0,6);

- к.п.д. турбины (0,88 – 0,90);

С_Z – скорость непосредственно за турбиной (100 – 150 м/с);

Р_Z – статическое давление за турбиной (1,02*10⁵ Па);

Х_ОК= U_K/C_t - отношение окружной скорости к условной скорости, рассчитываемой по теплоперепаду на ступени, (при диапазоне степени реактивности от 3 до 15% Х_ОК находится в пределах от 0,45 до 0,50; с уменьшением уменьшается Х_ОК, но увеличивается Н₀ - теплоперепад на ступени. С этой точки зрения целесообразно принимать малую степень реактивности. Однако от величины зависит к.п.д. ступени. С увеличениемдо 0,2 –0,3 к.п.д. ступени возрастает и становится более стабильным при отклонениях режима работы от расчетного. Учитывая эти обстоятельства, принимают в пределах от 0,03 до 0,15;

U_K – окружная скорость (160 – 180 м/с);

- угол потока за соплами (13 – 20⁰);

= 14 - 20⁰;

= 0,98 (- угол изменения направления потока из-за так называемого перекрыша зазоров).

=0,99 – коэффициент истечения;

0,975 – коэффициент скорости.

К_р = 1,056 – коэффициент расширения газа в рабочей решетке

1. Удельный теплоперепад на турбине по параметрам торможения, Дж/кг

(150)

2. Параметры газа перед первой ступенью:

2.1. Давление торможения газа перед турбиной, Па

(151)

здесь является давлением после компрессора

2.2. Плотность газа перед турбиной, кг/м³

(152)

2.3. Потеря давления во входном патрубке турбины, Па

(153)

2.4. Полное давление перед первой ступенью, Па

(154)

2.5. Температура газов за турбиной, К

2.5.1. С учетом потерь

(155)

2.5.2. Без учета потерь

(156)

3. Параметры газа за последней ступенью

3.1. Температура газа за последней ступенью, K

(157)

3.2. Плотность газа за турбиной, кг/м³

(158)

3.3. Повышение полного давления в выходном патрубке, Па

(159)

3.4. Полное давление за последней ступенью, Па

(160)