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

При максимальном расширении пара в косом срезе сопла, т. е. когда на линии 1—3 установится давление pia, угол отклонения(оп р . будет максимальным (предельно возможным).

Предельное отклонение паровой струи в косом срезе сопла можно найти следующим образом. При достижении в косом срезе сопла пре­

пара из сопла при расширении от начального состояния до давления

чета предельно возможного расширения пара в косом срезе суживаю­ щегося сопла. Расширение пара в косом срезе сопла до заданного дав­ ления за соплом pi если v i a ^ и4 .

Расширяющееся сопло. В косом срезе расширяющегося сопла так­ же возможно дополнительное расширение пара до давления ниже рас­ четного, например от pt до р / . Отклонение струи в косом срезе рас­ ширяющегося сопла происходит за выходным сечением сопла 1—2

Аналогично предыдущему для расширяющегося сопла можно на­ писать следующее соотношение для оценки предельно возможного расширения в косом срезе:

24

в которое вместо р и о нужно подставить конечное давление за соп­ лом pt', Н/м2 и конечный удельный объем и/, (м3 /кг).

С некоторым приближением с/ можно принимать равной крити­ ческой скорости в горле сопла с к р . Величины ct и vt относятся к рас­ четному сечению сопла 1—2.

Если полученное из (1-29) значение t>ia >-Oi', то расширение пара в косом срезе расширяющегося сопла возможно до конечного давления Pi . Если же v\a<Vi , то расширение пара в косом срезе расширяюще­ гося сопла до давления р / становится невозможным.

§ 1-6. Расход пара через сопло

При критическом давлении и критических скоростях в выходном сечении суживающегося и минимальном сечении расширяющегося сопла устанавливается максимальный расход пара G m a x , численное значение которого можно определить по уравнению неразрывности струи:

25

для сухого насыщенного пара k = 1,135:

Формула (1-32) позволяет определить максимальный расход рабо­ чего тела через сопло при критических скоростях потока и идеальном адиабатном процессе расширения, т. е. без учета потерь. Действитель­ ный расход рабочего тела вл может отличаться от теоретического. От­ ношение действительного расхода к теоретическому называют коэффи­

ход пара получается примерно на 2% выше максимального, опреде­ ляемого по (1 32'). Это увеличение расхода, как показал Стодола, объ­ ясняется переохлаждением пара при его расширении в соплах. Поэ­ тому для перегретого и насыщенного пара можно применять экспери­

На лопатках активной ступени. В активной ступени пар расши­ ряется только в соплах. ТеплоЕой перепад h0 ступени превращается в кинетическую энергию полностью в соплах. На рабочих лопатках происходит лишь преобразование кинетической энергии в механичес­ кую работу. Паровой поток по Еыходе из сопел с абсолютной скоростью ci под углом а 4 к плоскости вращения лопаток поступает в каналы рабочих лопаток. Вследствие Еращения последних скорость потока при входе в каналы рабочих лопаток относительно стенок этих кана­ лов приобретает другую величину и направление. Эта скорость назы­ вается относительной скоростью при входе на рабочие лопатки wt (рис. 1-12, а). Ее величину и направление легко найти из треуголь­ ника скоростей (рис. 1-12, б). Угол р ь показывающий направление паровой струи при входе в каналы рабочих лопаток, называется углом входа. Для обеспечения безударного входа пара на рабочие лопатки входные кромки последних должны выполняться с наклоном к плос­ кости вращения под углом flj.

Скорость Wi можно найти аналитически, пользуясь формулами для

26

Ра = Р . - (2 - МО)»,

ках активной ступени

Вследствие потерь в лопаточных каналах относительная скорость пара w2 будет меньше скорости wt, т. е.

(1-35)

где <]> — коэффициент скорости, учитывающий влияние вредных со­ противлений проходу пара через каналы рабочих лопаток.

Абсолютную скорость с2 потока, покидающего рабочие лопатки, определяют геометрическим сложением скорости потока w2 и окруж­ ной скорости и: скорость с2 является диагональю параллелограмма, построенного на скоростях w2 и и.

Скорость с2 и угол а2 можно определить и аналитически:

При тепловом расчете ступени достаточно ограничиться построе­ нием треугольников скоростей, как это показано на рис. 1-12, б.

Зная изменение скоростей движения пара на венце ступени, можно определить и изменение кинетической энергии. Часть кинетической

27

где ©i/2-Ю3 —кинетическая энергия 1 кг пара при входе на рабочие лопатки, кДж/кг; йг|/2-103 —кинетическая энергия 1 кг пара при выходе из рабочих лопаток, кДж/кг.

V\\

ну Лл . Скорость с 2 и соответственно скоростная энергия для данной сту­

Тепловой процесс на лопатках активной ступени с учетом потерь показан на рис. 1-13, а. Здесь от точек Аи вверх по адиабате отложены потери hc, кл и hB. Точки Ai} А2 и А3 определяют состояния пара соот­ ветственно в выходных сечениях сопел, на рабочих лопатках и за их пределами (точка А3).

На лопатках реактивной ступени. Изменение скорости пара на рабочих лопатках реактивной ступени показано на рис. 1-13, б. Рас­ полагаемый перепад тепла h0= i0— i u распределяется в аксиальной реактивной ступени между направляющими и рабочими лопатками приблизительно поровну, т. е.

28