Лекция_2 «Турбинная ступень. Потери энергии, КПД» _ 2 часа

Турбинная ступень представляет собой сочетание неподвижной диафрагмы и вращающегося рабочего колеса. Основными элементами ступени являются сопловые и рабочие лопатки. Сопловые лопатки крепятся в диафрагме, рабочие - на ободе диска колеса (рис.2.1). В каналах сопловых лопаток потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию, которая через рабочие лопатки передается на диск и затем на вал в виде механической работы.

Рабочие лопатки для повышения надежности против вибрации обычно связываются по вершинам в пакеты ленточным бандажем (по 4-12 лопаток). Поверх бандажа предусматриваются уплотнения для

Турбинная ступень представляет собой сочетание неподвижной диафрагмы и вращающегося рабочего колеса. Основными элементами ступени являются сопловые и рабочие лопатки. Сопловые лопатки крепятся в диафрагме, рабочие - на ободе диска колеса (рис.2.1). В каналах сопловых лопаток потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию, которая через рабочие лопатки передается на диск и затем на вал в виде механической работы.

Рабочие лопатки для повышения надежности против вибрации обычно связываются по вершинам в пакеты ленточным бандажем (по 4-12 лопаток). Поверх бандажа предусматриваются уплотнения для уменьшения утечки пара из области большего давления. Подобное уплотнение устанавливается между диафрагмой и валом.

Турбинные ступени бывают двух типов - активные и реактивные. Основным параметром, характеризующим тип ступени, является степень реакции р, под которой понимается отношение располагаемого теплоперепада рабочих лопаток h_op к располагаемому теплоперепаду ступени h ₀, т.е.:

p = h_op/h^*₀

Полный располагаемый теплоперепад промежуточной ступени:

h^*₀ = h₀ + X*С²₂/2 = h₀ + h_0р + X*С²₂/2 = h_0с + h_0р

где h₀ = h_0с + h_{0р –} располагаемый теплоперепад ступени по действительным (статическим) параметрам.

h^*₀ = h₀ + X*С²₂/2 – полный располагаемый теплоперепад сопловых лопаток;

X -- коэф. использования кинетической энергии;

С₂ – абсолютная скорость пара на выходе из предыдущей ступени;

Для первой ступени турбины: h^*₀ = h₀ + С²₀/2 = h^*_0с + h_0р

где h^*_0с и h^*_0с располагаемые теплоперепады сопловых лопаток;

С₀ -- скорость пара на входе в ступень.

Если степень реакции р = 0, то турбинная ступень называется чисто активной и, следовательно, в такой ступени весь теплоперепад срабатывается в сопловых решетках.

Когда р невелика (до 0,2 – 0,25), то ступень принято называть также активной. Иногда такую ступень называют активной с небольшой степенью реакции.

Если степень реакции значительна (до 04, --0,6), то ступень называется реактивной, для чисто реактивной ступени р = 0,5.

В многоступенчатой турбине степень реакции изменяется в широких пределах, возрастая от первой до последней ступени. Так для конденсационной турбины величина р на первых ступенях принимается в пределах 0,06 – 0,15, а на последних двух-трех ступенях достигает 0,40 – 0,65.

Геометрия турбинной ступени – рис. выше определяется сечением и цилиндрическими сечениями (развертками) на одном или нескольких диаметрах

В меридиональной плоскости геометрическими параметрами ступени являются: диаметры (средний d, внутренний d_e и наружный d„); длина (высота) лопатки £ ₂ = d_H - d = d - d_B; осевой б_а и радиальный 8_г зазоры; перекрыта А£ = £₂~ £.

Развертка цилиндрического сечения одного ряда лопаток называется решеткой профилей. На радиусе У она характеризуется формой и размерами самого профиля и канала, образуемого соседними профилями.

Все параметры на входе в сопловую решетку имеют индекс 0, на выходе из сопловой решетки и на входе в рабочую решетку - индекс 1, на выходе из рабочей решетки - индекс 2. Абсолютные скорости и углы, характеризующие обтекание сопловой решетки, обозначаются буквой С и __, а относительные скорости и углы рабочей решетки, соответственно, __ и ___.

Профилем лопатки (рис.выше) называется ее сечение, перпендикулярное радиусу. Средняя линия профиля проходит через центры окружностей, вписанных в профиль. Обычно за хорду профиля ___ принимают расстояние между концами средней линии профиля. Толщина профиля С измеряется по перпендикуляру к его средней линии. Часто величина С отсчитывается по перпендикуляру к хорде профиля. Наибольшая толщина С_мах является характерным параметром профиля. Радиусы закруглений входной и выходной кромок профиля обозначаются буквой r. Максимальной вогнутостью профиля f_max называется наибольшее расстояние от хорды до средней линии профиля.

Сравнительную оценку различных профилей производят по относительным величинам. За определяющий параметр принимается хорда ____. В результате получим относительную толщину профиля C = C_max/____.

Геометрия решетки профилей определяется шагом t, шириной В, размером канала (X и эффективными углами выхода:

а_]Э = arcsina,/t_c; • (2.3)

р_2Э = arcsin a₂lt_p, (2.4)

которые при докритических скоростях принимаются равными углам потока а 1 и a i- Положение профилей в решетках определяется уг­лами установки а_у и f)_y, образуемыми хордой и фронтальной линией. Углы аог ^и Рт, характеризующие направления входных кромок профилей, называются геометрическими (входными) углами. Иногда эти углы называются скелетными. Углы изогнутости профилей

Аа_г■= 180° -{а_ог + а_1Э) и Aj3_r =180° - (Д_г + Р_1Г)

определяют не только геометрию канала сопловых и рабочих решеток, но и углы поворота потока Att =180 —(0С₀+СС\) и AJ3 = 180° - (Д + /?,). В сопловых решетках паровых турбин

аог =60-90°, а_1э=8-25°, $2Э =65-110°; в рабочих решетках А/З_г = 15-170°, р_2Э =Ю - 35° и А^_г=5-145°.

 

Наиболее характерными относительными параметрами турбинной ступени являются шаг решетки t — t / в (обратная величина б /1 густота решетки), длина лопатки I = I / в и веерность лопаток 9-rJ Г_в При i9<1,2 и 1 <1,0 лопатки считаются малой веерности и малой длины (короткие лопатки), при i9 = 1,2+1,4 и £ = 1,0 3,0 - средней веерности и средней длины, при <9> 1,4 и I > 3,0 - большой веерности и большой длины (длинные лопатки).

Из термодинамики известно, что абсолютный (термический) КПД идеальной ПТУ с конденсатором без учета работы питательного насоса, представляется отношением:

к.п.д. = Но/qo

 

т.е. разность начальной и конечной энтальпии при изоэнтропном расширении пара см. рис. 1.5.

Но = ho - h_kt

 

В действительности из-за потерь ∑Ah_i = h_k – h_kt называв емых внутренними, процесс расширения пара в турбине происходит не по изоэнтропе OK_t, а по политропе GK, в результате чего использованный (внутренний) теплоперепад:

Нi = Но - ∑Ah_i

при этом энтальпия h_K определяет состояние пара в конце политропного (действительного) процесса расширения.

Отношение использованного теплоперепада к располагаемому называется относительным внутренним КПД турбины:

к.п.д. = Нi/ Но