1. Понятие об использовании выходной энергии мспт

При изучении теории турбинной ступени, мы отмечали, что выходя из ступени со скоростью С₂ поток пара тормозится, в результате чего кинетическая энергия расходуется на повышение энтальпии. Для данной ступени безразлично, что происходит с паром, покинувшим ее. Независимо от того, происходит торможение пара за ступенью, или нет, энергия для нее потеряна. Поэтому в любой ступени выходная потеря неизбежна.

Однако в многоступенчатой турбине за данной ступенью расположена следующая ступень. Если поток пара, выходящий из (к-1)-й ступени со скоростью С_2к-1 не тормозится, а плавно входит в направляющий аппарат следующей к-й ступени, то из процесса преобразования энергии исключается необратимый процесс перехода кинетической энергии в тепловую, и, следовательно, общий КПД турбины увеличивается.

Рассмотрим течение пара при переходе его из (к-1)-й в к-ю ступень. Пар выходит из рабочей решетки (к-1)-й ступени (рис.92) со скоростью W₂.

Построив выходной треугольник скоростей для этой ступени, определим скорость С_2к-1 и угол . Если осевой зазор между ступенями невелик, а угол обеспечивает плавный вход пара в направляющий аппарат следующей, к-й ступени, то уже на входе пар будет обладать кинетической энергией . Располагаемая энергия, которая может быть освобождена вк-й ступени определится суммой адиабатного теплоперепада h_ак и входной кинетической энергии . Эта сумма и даст нам располагаемый теплоперепад нак-ю ступень:

(4.4.1)

Таким образом, использование выходной энергии предыдущей ступени позволяет увеличивать располагаемую энергию следующей ступени, а, следовательно, и ее внутреннюю работу.

2. Коэффициент использования выходной энергии

а). Необходимые условия для использования выходной энергии

Как было отмечано, использование выходной энергии приводит к увеличению полезной работы ступеней турбины. Поэтому при проектировании многоступенчатой турбины необходимо предусматривать возможность использования выходной энергии. В общем случае для этого должны быть выполнены следующие условия:

1. Для использования выходной энергии необходимо наличие последней ступени. Для данной ступени выходная энергия всегда потеряна. Поэтому выходная энергия последней ступени всегда теряется.

2. Ступени должны быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечивался плавный вход пара из предыдущей в последующую ступень, а именно:

• входные кромки сопловых лопаток к-й ступени должны обеспечивать плавный вход пара под углом ;

• диаметры ступеней должны быть приблизительно одинаковы;

• осевой зазор δ_а между ступенями должен быть небольшим;

• должна быть обеспечена соответствующая величина перекрышей в направляющем аппарате ступени, использующей выходную энергию, т.е. проточная часть турбины должна иметь плавное очертание.

3. Впуск пара в ступень должен быть полным (ε=1).

б). Коэффициент использования выходной энергии

В том случае, если не удается полностью обеспечить условия использования выходной энергии, выходная энергия используется частично. Это значит, что поток пара, выходящий из (к-1)-й ступени, частично тормозится и входит в направляющий аппарат к-й ступени со скоростью, меньшей, чем С_2к-1. В этом случае часть кинетической энергии q_ак-1 теряется, т.е. идет на повышение энтальпии пара, а оставшаяся часть используется в к-й ступени.

В связи с этим вводится понятие о коэффициенте использования выходной энергии μ, который определяется отношением используемой выходной энергии ко всей выходной энергии.

(4.4.2)

Таким образом, если q_ак-1 – выходная потеря (к-1)-й ступени, то μq_ак-1 – энергия, используемая в к-й ступени, а (1–μ)q_ак-1 – полностью потерянная энергия.

При μ=1 выходная энергия используется полностью, при μ=0 – полностью теряется.

При расчете ступеней коэффициент использования выходной энергии μ принимают в зависимости от конструкции ступени. В первом приближении можно оценить μ так:

• для реактивных ступеней с барабанным ротором μ≈1,0;

• для активных ступеней с дисковым ротором μ≈0,5 ÷ 0,8;

• для ступеней с частичным впуском μ≈0.