2. Определение частоты вращения роторов

При определении частоты вращения ротора ТВаД из соображений прочности лопаток компрессора задаются максимальной окружной скоростью на наружном диаметре рабочего колеса первой ступени в пределах u_к1 = (340…370) м/с.

Задаем

• окружная скорость на среднем диаметре рабочего колеса первой ступени турбины

м/с.

• напряжения растяжения в корневом сечении пера лопатки турбины.

.

Полученное напряжение σ_ср сравнивают с напряжением в выполненных конструкциях, которое в предварительном расчете принимают σ_р ≤ (2400…2600) даН/см². Если σ_ср > σ_р, окружную скорость u_к1 необходимо снизить.

Действующие напряжения значительно ниже предельно допустимых.

Кроме проверки выбранной величины u_ср.к(u_ср.т) по условию прочности ее необходимо проверить с точки зрения обеспечения высокого КПД турбины. Для одноступенчатой турбины высокий КПД обеспечивается при оптимальном отношении u_ср.т1/с_1из. Для многоступенчатых турбин определяется параметр y^*

, (3.9)

где: Z = L_т/L_ст – число ступеней турбины;

– окружная скорость на среднем диаметре i-той ступени, определяется пропорционально изменению величины среднего диаметра;

c_из.т – изоэнтропическая (адиабатическая) скорость истечения газа, определяемая по формуле:

. (3.10)

При постоянном среднем диаметре турбины

. (3.11)

Величина параметра y^* должна лежать в пределах y^* = 0,45…0,55, что достигается подбором числа ступеней и окружной скорости. Если для количества ступеней Z, выбранного из условия Z = L_т/L_ст, y^* < 0,45, необходимо определить минимальное количество ступеней при y^* = 0,45 по формуле:

. (3.12)

Сопоставляя величины работ турбин с величиной работы, которую можно получить в одной ступени приходим к выводу, что число ступеней турбины компрессора Z_ТК = 2, число ступеней свободной турбины Z_СТ = 1

Примечание: величина работы ступени турбины L_ст ≤ 270…300 кДж/кг.

Для турбины компрессора параметр

,

где .

Параметр y^* незначительно превышает допустимую величину.

• частота вращения ротора турбины компрессора

= 1670 об/мин.

• частота вращения ротора свободной турбины

= 9700 об/мин.

Для свободной турбины ,

где .

Так как при Z_СТ = 1 , то одной ступени недостаточно.

Для выяснения минимального числа ступеней свободной турбины задаемся , тогда из формулы

.

Получим , следовательно, Z_СТ = 2,644. Принимаем Z_СТ = 3. При Z_СТ = 3 – укладывается в рекомендованный диапазон.

Можно добиться увеличения параметра при меньшем числе ступеней свободной турбины за счет увеличения окружной скорости u_ср.т, а также применить схему с постоянным внутренним диаметром турбины, что приведет к увеличению средних диаметров ступеней и, соответственно, окружных скоростей.