Процесс преобразования энергии в турбинной ступени

Состояние перед ступенью – точка О (пересечение р₀ и t₀). Параметры в точке О – статические параметры.

Пар расширяется от состояния с энтальпией при нулевой начальной скорости.

От точки О на is-диаграмме отложим вертикальный отрезок равный и получим точку . Процесс - процесс изоэнтропийного торможения. Параметры в точке - параметры торможения: .

При изоэнтропийном расширении в ступени от начальных параметров до давления р₂ его энтальпия уменьшается до значения i_2t.

h₀ – располагаемый теплоперепад ступени, кЖд/кг;

- располагаемый теплоперепад, подсчитанный по параметрам торможения, кДж/кг.

Реально процесс течения пара происходит с потерями, т.е. изоэнтропе 01 до P₁, а по ОА. Величина - потеря энергии в сопловой решётке. В результате на выходе из сопловой решётке действительная скорость с₁будет меньше теоретической с_1t:

с₁=φ ∙ с_1t, где φ – коэффициент скорости, зависящий от качества профилирования сопловой решётки, её относительной высоты и режима работы. - потеря энергии в сопловой решётке.

- располагаемый теплоперепад сопловой решётки.

Если бы течение в рабочей решётке было изоэнтропийным, то процесс был бы А3: - располагаемый теплоперепад рабочей решётки.

Покидая сопловую решётку, пар со скоростью с₁ попадает в каналы рабочей решётки, которая движется с окружной скоростью u. Скорость пара относительно рабочих лопаток: .

 

Теоретическая скорость на выходе из рабочей решётки: .

Реально процесс течения в рабочей решётке происходит с потерями; идёт процесс по линии АВ и заканчивается при энтальпии i₂: - потеря энергии в рабочей решётке.

Потеря энергии в рабочей решётке - ,где

ψ – коэффициент скорости; уменьшается с уменьшением относительной высоты решётки из-за роста концевых потерь и с увеличением угла поворота струи пара; = 0,9÷0,94.

Потеря с выходной скоростью - точка С.

ВС соответствует .

Полезная работа ступени - ℓ_ст – разность энтальпий в точках и С.

 

Представление о режиме работы ступени и ее экономичности дают диаграммы векторов скоростей потока пара - треугольники скоростей. На рисунке схематически показано, как за счет расширения пара уменьшается его давление в сопловой решетке от Р₀ до Р₁. При этом если на входе в решетку скорость пара С₀ мала, то на выходе она существенно возрастет до значения С₁ и направлена под углом α₁. Скорость выхода пара из сопловой решетки изображается вектором С₁. Однако на профили движущейся решетки пар будет поступать не под углом α₁, а под другим углом, т.к. решетка вращается с окружной скоростью изображаемой вектором u. В результате пар натекает на рабочие лопатки под углом β₁ с относительной скоростью ω₁, равной разности векторов С₁ и u. Профили рабочих лопаток должны быть выбраны и установлены так, чтобы обеспечить безударный вход пара на рабочую решетку. Построенные таким образом векторы образуют треугольник называемый входным треугольником скоростей. Пар, поступив в каналы рабочей решетки, взаимодействует с ее профилями, создавая окружную силу r_и, вращающую диск. Покидает пар рабочую решетку с относительной скоростью ω₂. Абсолютная скорость выхода пара С₂ представляет собой сумму векторов ω₂ и u. Она будет составлять угол α₂ с плоскостью вращения. Полученный треугольник векторов скоростей называется выходным треугольником скоростей. Отношение располагаемого теплоперепада рабочей решетки к теплоперепаду ступени, подсчитанному от параметров торможения, называется степенью реактивности ступени ρ= .