Реактивная ступень.

В реактивной ступени располагаемый теплоперепад срабатывается не только в сопловых, но и в рабочих решетках. При этом в каналах раб. лопаток за счет поворота потока создается активная часть усилия, а за счет ускорения потока в виду дополнительного расширения пара реактивная часть усилия.

Д ля лопаток реактивных ступеней α₁ ≈ β₂, α₂ ≈ β₁.

Р асполагаемый теплоперепад ступени распределяется между сопловой и раб. решеткой . Т.к. в сопловых лопатках существуют потери тепла Δh_с, то фактически располагаемый теплоперепад на раб. лопатках будет h_ор. Величина h_ор немного > , т.к. изобары с ростом энтропии расходятся.. однако в пределах ступени это практически незаметно.

Отношение располагаемого теплоперепада на раб. лопатках к располагаемому теплоперепаду тепла всей ступени назыв. степенью реактивности . На практике не применяются полностью реактивные ρ = 1 и активные ρ = 0 ступени. Турбинные ступени со степенью реактивности ρ < 0,25 относятся к активному типу. На первых ступенях реактивность составляет ρ = 0,06…0,2. В последующих достигает ρ = 0,5…0,6. При ρ = 0,5 сопловые и раб. лопатки имеют одинаковые профили.

В сопловой решетке располагаемый теплоперепад равен , а давление понижается от Р_о до Р₁.

Скорость пара на выходе из сопловой лопатки будет: , м/с.

φ = С₁/С_1t – коэффициент скорости сопловых лопаток.

На раб. лопатках ступени происходит дальнейшее расширение пара и соответствующее увеличение скорости с повышением давления от Р₁ до Р₂.

Располагаемая энергия пара на раб. лопатках складывается из кинетич. энергии потока в относительном движении и теплового перепада h_ор:

, кДж/кг.

– относит. теор. скорость на выходе из раб. лопаток, м/с.

Величина W₁ находится их входного треугольника скоростей.

Действительная относительная скорость пара на выходе из раб. решетки будет равна: W₂ = ψW_2t (ψ – учитывает потерю скорости из-за вредных сопротивлений).

Тепловые потери на раб. лопатках будут: , кДж/кг. Тепловые потери с выходной скоростью находятся точно также: , кДж (χ_в.с·Δh_в.с – используется в след. ступени).

14. Виды внутренних и внешних потерь в паровой турбине. Внутренние потери

А) потери в клапанах.

При прохождении пара через стопорный и регулирующий клапаны давление пара уменьшается от Р_о до , т.е. происходит дросселирование пара, при этом i = const. Однако из-за начального дросселирования располагаемый теплоперепад в турбине Н_о уменьшается на величину ΔН_к. Потери давления при дросселировании при полностью открытых клапанах составляют 3-5% от Р_о.

Б) потери в соплах.

Потери кинетической энергии в соплах возникают из-за трения потока о стенки сопловых каналов, поворота струи, нарастания пограничного слоя, образования вихрей и т.д.

Интегрально потери скорости учитываются от φ, который зависит от размеров соплового канала, качества обработки поверхности, формы, от шага лопаток, числа Маха: φ = 0,93…0,98.

Потери энергии в соплах: , кДж/кг.

В) потери на рабочих лопатках.

Суммарные потери учитываются коэффициентом скорости ψ = 0,92…0,97. Причина возникновения потерь, что и в соплах. Потери энергии в рабочих лопатках:

, кДж/кг.

Г) потери с выходной скоростью.

На выходе с рабочих лопаток пар обладает определенной кинетической энергией. В многоступенчатых турбинах часть этой энергии может быть использована в следующей ступени. Для этого зазор между рабочими лопатками данной ступени и соплами следующей ступени должен быть небольшим. При большом зазоре энергия выходной скорости полностью теряется. Потеря с выходной скоростью для данной ступени:

, кДж/кг.

Д) потери на трение дисков.

Между вращающимся диском и паром возникает трение. Диск захватывает частицы рабочего тела и сообщает им ускорение. На трение и ускорение растрачивается определенная энергия, которая повышает энтальпию пара. Потери на трение можно вычислить: ,

где k_т – коэффициент трения пара о диск;

d – средний диаметр лопаток;

е – степень парциальности;

– высота сопловых лопаток;

α₁ – угол скорости С₁;

U – окружная скорость на среднем диаметре;

- фиктивная скорость, м/с.

Е) потери, связанные с парциальным подводом пара (потери на вентиляцию и выколачивание).

В ступенях с парциальным подводом пар поступает не по всей окружности, а только по некоторой ее части. Эту часть определяет степень парциальности:

Парциальный подвод применяется в случаях, когда объемный расход пара небольшой и высота лопаток получается очень маленькой.

На длине дуги, не занятой соплами, происходит вихревое движение каналов лопаток. На перемещение, или вентиляцию, пара затрачивается часть энергии ступени. Кроме того, при парциальном подводе только та часть лопаточных каналов заполнена рабочим паром, которая в данный момент находится напротив сопел. Все остальные каналы заполнены нерабочим паром, на выталкивание которого пар затрачивает часть своей энергии. Потери энергии на выталкивание называют потерями на выколачивание.

На преодоление указанных сопротивлений требуется работа, которая увеличивает энтальпию пара и тепловые потери, связанные с парциальным подводом Δh_п. Как правило, парциальный подвод пара имеет место в первой регулирующей ступени.

Ж) потери от утечек через внутренние зазоры.

Потери от утечек связаны с протечками через зазоры помимо сопловых и рабочих лопаток. Эти протечки не совершаю полезной работы и следовательно их энергия является потерей для ступени.

G – основной поток пара через ступень;

G_д – утечка между диафрагмой и вылом;

G_б – утечка над бандажом рабочей решетки;

G_к – утечки у корня лопаток;

G_отв – утечки через разгрузочное отверстие в диске (чтобы уменьшить осевое усилие).

В активной ступени основная утечка имеет место под диафрагмой G_д, т.к. разность давлений (Р_о–Р₁) >> (Р₁–Р₂). Если ступень реактивная (ρ ≈ 0,5) утечки G_д и G_б соизмеримы, т.к. (Р_о–Р₁) ≈ (Р₁–Р₂). Потери от утечек от G_к и G_отв обычно не учитывают в расчетах, т.к. достаточно учесть протечку G_д: G_д = G_к + G_отв.

Для уменьшения утечек устанавливаются специальные лабиринтовые уплотнения, представляющие собой чередующиеся гребни и выступы. Относительная суммарная потеря энергии от утечек под диафрагмой и над бандажом определяется как: .

З) потери от влажности пара.

В турбинах с конденсатором в последние ступени работают в области влажного пара. При этом образуются капельки воды, которые под действием центробежных сил отбрасываются к периферии. На сообщение ускорения капле расходуется энергия. Направление движения капель отличается от направления движения пара. Капли оказывают в результате тормозящее действие на рабочие лопатки и подвергают их ударам. Это вызывает износ входных кромок лопаток последней ступени.

В связи с частичным выделением влаги работу совершает не все количество пара, проходящего через ступень, а только его часть. Это определяет основную составляющую потерь от влажности:

,

где а = 0,4…1,4 – коэффициент, зависящий от параметров, конструкции, режима работы (по справочным данным);

у_о и у₂ – влажность пара за и перед ступенью.

И) потери в выпускном патрубке.

Пару, выходящему из последней ступени, необходимо преодолеть аэродинамическое сопротивление выпускного патрубка. В правильно выполненном это сопротивление преодолевается за счет кинетической энергии: . В этом случае давление Р_к будет совпадать с давлением Р₂ для последней ступени. Однако чаще всего кинетической энергии выходной скорости не хватает на преодоление сопротивления патрубков и, следовательно, за последней ступенью устанавливается давление Р₂ > Р_к и располагаемый теплоперепад уменьшается на величину ΔН_в.п. величина потери давления в выпускном патрубке составит: .

Р_к – давление в конденсаторе;

С_п – скорость пара в выпускном патрубке;

λ = 0,07…0,1 – коэффициент.