3.1. Прежде чем переходить к детальному расчету нерегулируемых ступеней, следует определить число ступеней и произвести разбивку теплоперепадов между ними.
В данном расчете применен способ распределения теплоперепадов между ступенями, который предусматривает оптимизацию каждой ступени на ее корневом диаметре. При постоянном корневом диаметре и выборе одинаковых углов aэфф и степеней реактивности в корневом сечении для всех ступеней или для группы ступеней это означает, что и оптимальные располагаемые теплоперепады в этих ступенях одинаковы, что позволяет унифицировать лопатки этих ступеней, выполнив их одного профиля. В то же время постоянный корневой диаметр позволяет использовать и одинаковое хвостовое соединение.
Технологически это означает, что получить лопатки предыдущих ступеней можно путем подрезки по высоте последней лопатки цилиндра или группы ступеней. Экономичность такой проточной части будет несколько ниже, но конструктивные преимущества такого проектирования бесспорны. Если проточная часть выполняется из закрученных лопаток с переменным по высоте профилем, то снижение экономичности при заданном способе определения теплоперепада на ступень практически незаметно.
3.2. Все ступени выполняются с одинаковым корневым диаметром и без поворота потока.
3.2.1. С целью осуществления полного подвода пара по окружности и сохранения достаточной высоты решеток (l1>15-20 мм), корневой диаметр первой и остальных нерегулируемых ступеней принимается несколько меньшим, чем корневой диаметр регулирующей ступени:
dк=0,850 dPК =1,1*0,850~0,930 м.
3.2.2. Реактивность в корневом сечении rК выбирается минимальной 0,03-0,05. Это позволяет увеличить оптимальный теплоперепад на ступенях и уменьшить число ступеней.
Принимаем rК=0,03.
3.2.3. Эффективный угол выхода a1эфф принимаем 12 градусов.
3.2.4. Оптимальное значение XФопт=u/cФ:
,
где f коэффициент скорости в соплах; принимается f=0,96
=0,477.
3.2.5. Оптимальный располагаемый теплоперепад определяется по формуле
Hопт0=12,3(dК/XФопт)2
Hопт0=12,3(dК/XФопт)2=12,3(0,930/0,477)=46,76 кДж/кг.
Это значение теплоперепада принимается для первой ступени. Для каждой из остальных ступеней ориентировочный располагаемый теплоперепад по статическим параметрам (с учетом полного использования энергии потока из предыдущей ступени):
Выходная скорость С2 принимается равной 55 м/с.
=45,25 кДж/кг.
3.2.6. Ориентировочное число ступеней определяется по формуле
,
где коэффициент возврата теплоты q зависит от числа ступеней и их КПД; при количестве ступеней свыше 5 и ранее принятом КПД отсека нерегулируемых ступеней 0,86-0,9 q может быть принят 0,02. Значение Hст0 определялось в предварительном расчете.
=9,45
3.2.7. Полученное число ступеней округляем до целого и получаем Z=9. После этого уточняем располагаемые теплоперепады на ступени первого отсека со второй по четвертую (i=2…Z), 5 ступень по ходу пара является первой во втором отсеке.
=47,53 кДж/кг.
Располагаемый теплоперепад первой ступени первого отсека:
= 
49,04 кДж/кг.
3.2.8 Проектируемый ЦВД турбины- прототипа имеет петлевую схему течения пара. В первом отсеке принимаем число ступеней равное Z1=4. Тогда сработанный в отсеке теплоперепад будет равен:
= 
+(Z1-1) 
=49,04+(4-1)·47,53=194,65кДж/кг.
3.2.9 Теплоперепад на второй отсек тогда равен:
= 
- =419,4-194,65=224,8 кДж/кг.
3.2.10 Корневой диаметр принимаем на 100 мм больше, чем в первом отсеке и повторяем расчеты 3.2.2 – 3.2.7 для второго отсека:
3.2.11 Степень реактивности в корневом сечении rК=0,03;
3.2.12 Эффективный угол выхода a1эфф принимаем 12 градусов;
3.2.13 Оптимальное значение XФопт=u/cФ:
,
где f коэффициент скорости в соплах; принимается f=0,96
=0,477.
3.2.14 Оптимальный располагаемый теплоперепад определяется по формуле
Hопт0=12,3(dК/XФопт)2
Hопт0=12,3(dК/XФопт)2=12,3(1,030/0,47)=57,35 кДж/кг.
Это значение теплоперепада принимается для первой ступени второго отсека. Для каждой из остальных ступеней ориентировочный располагаемый теплоперепад по статическим параметрам (с учетом полного использования энергии потока из предыдущей ступени):
Выходная скорость С2 принимается равной 60 м/с.
=55,55 кДж/кг.
3.2.15 Ориентировочное число ступеней второго отсека определяется по формуле
,
где коэффициент возврата теплоты q принят 0,02.
=4,13
3.2.16 Полученное число ступеней округляем до целого и получаем Z2=4. После этого уточняем располагаемые теплоперепады на ступени второго отсека со второй по последнюю (i=2…Z).
=56,87 кДж/кг.
Располагаемый теплоперепад первой ступени второго отсека:
= 
58,67 кДж/кг.