Относительный лопаточный КПД

Для реактивной ступени

Точки:

B – состояние пара перед соплами

A – состояние полностью заторможенного потока (если скорость на входе в сопла равна нулю с₀ = 0, точка А совпадает с точкой В)

E – состояние пара за соплами перед рабочей решеткой, если нет потерь энергии в сопловой решетке

C – состояние пара за соплами перед рабочей решеткой при действительном процессе расширения

M – состояние полностью заторможенного потока перед рабочей решеткой

K – состояние пара за рабочей решеткой, если в ней нет потерь энергии

D – состояние пара за рабочей решеткой при действительном процессе истечения

Тепловые перепады:

- располагаемый перепад ступени (черта над символом означает, что здесь, кроме потенциальной энергии потока пара, учитывается и его кинетическая энергия перед ступенью)

- располагаемый перепад сопловой решетки

- располагаемый перепад рабочей решетки

Для активной ступени

По сравнению с реактивной ступенью следует учесть следующее.

Скорость на входе в ступень равна нулю с₀ = 0, поэтому точки В и А совпадают.

Расширения пара на рабочей решетке нет, поэтому p₁ = p₂ и положение точки K совпадает с положением точки С.

Из-за этого же располагаемый тепловой перепад сопел равен располагаемому тепловому перепаду всей ступени Н₀₁ = Н₀₂.

1.3. Треугольники скоростей

Струя пара, вытекающая из сопл, направлена под некоторым углом к плоскости вращения диска с рабочими лопатками.

При этом пар должен поступать в каналы рабочей решетки, по возможности, с нулевым углом атаки, то есть без удара во избежание потерь кинетической энергии.

Это условие будет соблюдено, если угол входа потока пара в каналы рабочей решетки будет иметь определенную величину, зависящую от скорости пара на выходе из соплового аппарата и скорости вращения рабочей решетки.

Достаточно наглядно это изображается с помощью треугольников скоростей.

Треугольники скоростей - это диаграмма векторов скоростей потока пара.

Для чисто активной ступени (r=0) треугольники скоростей имеют следующие характерные признаки: a1=9..16°, b1=b2, W1»W2 (точно W1=W2t), a2=90°

Индексы: 0 - перед ступенью, 1 - за сопловой решеткой, 2 - за ступенью, t - в теоретическом процессе

Для реактивной ступени формы треугольников скоростей существенно зависят от реактивности. При проектировании сопловых и рабочих решеток стремятся достичь: a1 = 12..22°, a2 ® 90°. Это определяет экономичность работы ступени.

Различают входной - на входе в рабочую решетку, и выходной (на выходе из ступени) треугольники скоростей.

Для безударного (с нулевым углом атаки), оптимального с точки зрения аэродинамики, входа пара в каналы рабочей решетки, ось сопловой решетки должна быть расположена под некоторым углом a₁ к направлению движения рабочей решетки (под таким же углом выходит поток).

Попадая в каналы рабочей решетки, которая вращается со скоростью u, поток пара приобретает по отношению к ней относительную скорость W₁. Вектор скорости W₁ расположен под углом b₁ к направлению движения рабочей решетки.

В рабочую, движущуюся, решетку пар входит со скоростью W₁ под углом b₁.

Таким образом, на входе пара в рабочую решетку получился входной треугольник скоростей.

В каналах рабочей решетки ступени активного типа происходит поворот потока, а в реактивной ступени - дополнительное расширение пара в каналах рабочей решетки.

Из рабочей решетки пар выходит со скоростью W₂, вектор которой составляет угол b₂ с плоскостью вращения рабочего колеса.

Сложив вектор W₂ с вектором окружной скорости U, получим вектор скорости выхода пара из рабочей решетки (ступени) в абсолютном движении C₂, направленной под углом a₂.

Таким образом, получаем выходной треугольник скоростей пара из ступени.

В практике расчетов турбинных ступеней принято совмещать вершины треугольников скоростей входа и выхода.

С помощью треугольников скоростей можно оценить, каким образом в ступени внутренняя энергия преобразуется в работу. По треугольникам скоростей определяют экономичность работы турбинной ступени.

Экономичность ступени

Баланс энергии в ступени

Прежде всего, рассмотрим вопрос, от чего зависит экономичность отдельно взятой ступени.

В действительном процессе, при течении водяного пара в каналах сопловой и рабочей решеток возникают потери энергии потока:

DH₁ = h₁ - h_1t - потери энергии потока в сопловой решетке;

DH₂ = h₂ - h_2t - потери энергии потока в рабочей решетке;

- потери энергии потока с выходной скоростью.

Располагаемый теплоперепад ступени - это располагаемая энергия, которая может быть преобразована в данной ступени в работу.

Запишем баланс энергии

Полезная работа потока в турбинной ступени определяется следующим образом:

(выражение в скобках представляет собой сумму потерь энергии потока).

Относительный лопаточный КПД

Запишем баланс энергии в ступени

Поделим правую и левую части уравнения на и получим баланс энергии в относительных единицах

1 = h_ОЛ+(x₁+x₂+x_BC).

Здесь h_ОЛ - относительный лопаточный КПД ступени, называется относительным, так как учитывает только потери в ступени турбины и не учитывает потери в цикле, то есть в конденсаторе с охлаждающей водой;

x₁ - коэффициент потерь энергии в сопловой решетке;

x₂ - коэффициент потерь энергии в рабочей решетке;

x_BC - коэффициент потерь энергии с выходной скоростью.

Относительный лопаточный КПД ступени h_ОЛ - это отношение полезной работы потока в ступени к располагаемому теплоперепаду ступени.

,

или, в относительных величинах h_ОЛ = 1 - (x₁+x₂+x_BC).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: