Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

где j a —• энтальпия питательной воды при входе в котел, кДж/кг. Площадь, заштрихованная в Т—s-диаграмме, эквивалентна ра­ боте L , совершенной 1 кг пара. Площадь /—а'—е—2—/ обуслов­

ливает потерю тепла 1 кг пара, отдаваемого охлаждающей воде:

Цг —lKt — 'к»

где iKt — энтальпия отработавшего пара при адиабатном его расши­ рении, кДж/кг (рис. 1-9); iK'—энтальпия конденсата, кДж/кг.

В рассмотренном замкнутом цикле работа 1 кг пара в тепловых единицах

15

Это выражение можно переписать так:

ч = [(t'o - ht) - ( и - Q ] / [ ( ' o - Q - (/« - Q ] • Пренебрегая работой насоса, можно написать уравнение для оп­

В паровой турбине имеют место тепловые потери, которые снижают полезно использованное теплопадение до значения

тока или другой машиной специальными муфтами. Мощность, пере­ даваемая от муфты турбины к валу приводимой машины, будет мень­ ше ее внутренней мощности на величину механических потерь в опор­ ных и упорных подшипниках турбины, генератора или другой маши-

16

К. п. д. Tiы , г\ м и т]г зависят от совершенства конструкции турбины

игенератора. Для современных конструкций турбин достигнуты

лем высокого давления, кДж/кг.

Глава 1-2.

ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ

§ 1-3. Общие понятия о течении жидкости в лопаточных каналах

В основу расчета лопаточных каналов турбинных ступеней по­ ложена струйная теория течения жидкости Эйлера. Эта теория ос­ нована на предположении, что поток жидкости (жидкость, воздух, водяной пар и любой газ) является плоскопараллельным и что все параметры при движении ее изменяются только в одном направлении. Этому условию потока отвечает течение жидкости вдоль линий тока. Линией тока принято называть такую линию, выделенную из общего потока, в каждой точке которой вектор скорости направлен по каса­ тельной к этой линии. Кроме линий тока в курсах газодинамики рас­ сматривают течения элементарных струек. Элементарной струйкой в потоке принято называть ту часть жидкости, которая ограничена поверхностью, состоящей из линий тока. Таким образом, с точки зре­ ния струйной теории Эйлера, поток жидкости нужно рассматривать состоящим из конечного числа элементарных струй. Большим преиму­ ществом струйной теории течения жидкости является ее простота. Струйная теория позволяет достаточно просто определять важные пара­ метры турбинной ступени: среднее направление потока рабочего тела за лопатками, скорость потока, вращающий момент на лопатках тур­ бинной ступени, а также работу пара отдельной ступени и турбины в

целом. В силу своей простоты эта теория нашла большое признание у конструкторов турбин, широко применялась ими на первой стадии турбостроения и до сих пор используется при расчетах турбин. Од­ нако действительный характер течения пара в турбинной ступени не соответствует струйному течению. Течение пара в турбинной ступени более сложно и по существу имеет пространственный характер.

Характер потока пара в турбинной ступени зависит от формы ка­ налов, высоты лопаток, условий потока на входе в лопатки и т. д. Межлопаточные каналы турбинной ступени образуются профильными поверхностями лопаток и торцовыми стенками. Течение пара через кана-

18

лы лопаток сопряжено с некоторой потерей скорости. Чем больше потери скорости при обтекании профилей и торцов, образующих лопаточные каналы, тем ниже к. п. д. лопаток турбинной ступени и турбины в целом. Величина потерь энергии в турбинной ступени в основном зависит от геометрических характеристик сопловых и рабочих лопаток, от параметров ступени и/са, критериев Re' и М [1]. Газодинамические исследования решеток лопаток показывают, что на потери энергии помимо указанных параметров может оказывать значительное влияние структура потока на входе в лопатки из-за неравномерности, раз­ личных направлений струек потока по высоте и шагу решетки и т. д.

§ 1-4. Расширение пара в сопловых и направляющих каналах

Расширение пара сопровождается понижением его параметров. Процесс расширения связан с преобразованием потенциальной энер­ гии в кинетическую: с уменьшением энтальпии скорость истечения растет.

Из курса термодинамики известно, что в идеальном случае истече­ ния пара из сопла (без учета теплообмена с внешней средой и потерь энергии на трение и вихревые движения) преобразование потенциаль­ ной энергии пара в кинетическую подчиняется уравнению

В паротурбостроении широко распространены суживающиеся соп­ ла с косым срезом и в редких случаях — расширяющиеся с косым срезом (рис. 1-10, а, б). Теоретические исследования показали, что давление пара при истечении его из сопла уменьшается только до некоторого отношения давлений ркр/р0, которое называют критиче­ ским: укр= Ркр/ро-

19