ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 238
Скачиваний: 2
Величина потерь энергии в сопле определяется по (1-21) и (1 -21'). Вся энергия расширения пара за пределами косого среза сопла яв
ляется потерянной.
0,98 |
|
|
У |
тпттТЛИmil Ш |
щ wwwwwwllllli llll |
|
щиЯШ.rati |
|
1f |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
_1_J |
I |
1 I |
|
I |
I I . I |
||
l_J_J |
l_x_J I |
||||||
10 |
SO |
|
WO |
ISO |
200 |
2501,,мм |
|
Рис . 1-16. |
Коэффициент |
скорости у |
для |
сопловых |
|||
лопаток |
с суживающимися |
каналами |
в зависи |
||||
|
|
мости |
от высоты |
сопла |
/ |
|
|
Потеря на рабочих лопатках. Суммарные потери энергии на лопат |
ках |
учитываются скоростным коэффициентом г|). Для оценки потерь |
на |
лопатках активных турбин можно пользоваться графиком, пока |
занным на рис. 1-17. |
ф для |
лопаток |
с умеренной реактивностью |
р = |
|||||
= 0,06 -=г 0,12 |
принимается |
на (1,5 Ч-2) |
% выше, чем <р для активных |
||||||
лопаток; для |
реактивных |
лопаток |
р = |
0,5 |
можно принимать |
ф |
= |
||
= 0,96 -f- 0,975. Потери энергии в тепловых |
единицах определяются |
||||||||
по (1-38) и (1-46). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для уменьшения потерь на рабочих лопатках необходимо правиль |
|||||||||
но подобрать соотношение размеров: шага tu |
радиуса кривизны |
г, |
|||||||
профиля лопатки и углов входа и выхода р4 и |32. По Бриллингу, |
наи |
||||||||
выгоднейший |
шаг |
лопаток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
= |
r/(sin р, + sin Ра). |
(1-49) |
Потери с выходной скоростью. По выходе с рабочих лопаток пар обладает абсолютной скоростью с2. В многоступенчатых турбинах ско-
2—559 |
33 |
ростная энергия отработавшего пара ступени может быть полностью или частично использована в соплах последующей ступени. Для воз можности использования энергии от выходной скорости необходимо, чтобы зазор между рабочими лопатками предшествующей ступени и соплами следующей ступени был небольшим для безударного поступ ления пара в сопла и хорошего обтекания лопаток.
В случаях уменьшения электрической мощности конденсационной турбины уменьшаются тепловые перепады на 2—3 последних ступе нях. Отношения и/са растут, особенно на последней ступени, появляет ся ударный вход пара на рабочие и сопловые лопатки указанных сту пеней. В таких случаях кинетическая энергия от выходной скорости не может использоваться в соплах следующей ступени.
При большом зазоре между рабочими лопатками и соплами после дующей ступени энергия выходной скорости полностью теряется. Та ким образом, энергия выходной скорости полностью теряется, напри мер, по выходе из рабочих лопаток регулировочного колеса, в ступени перед камерой отбора, при резком увеличении диаметра и за лопат ками последней ступени.
Величина потерь энергии с выходной скоростью в тепловых еди ницах определяется по (1-47).
Выходные потери hB повышают теплосодержание отработавшего пара и откладываются на i—s-диаграмме после потерь hc и Лл или после всех внутренних потерь в ступени, если h3 используются в соп лах последующих ступеней.
Потери с выходной скоростью в последней ступени для турбин ма лой и средней мощностей при малых вакуумах обычно не больше 1—2% располагаемого теплоперепада в турбине. В турбинах большой мощности и в турбинах, работающих с глубоким вакуумом, эти потери могут достигать 3—4%, а иногда и больше.
Потери на трение дисков, вентиляцию и выколачивание. Между вращающимся диском и окружающим его паром возникает трение. Вращающийся диск захватывает находящиеся Еблизи частицы рабо чего тела и сообщает им ускорение. На преодоление трения и сообще ние ускорения затрачивается определенное количество работы. Рабо та, затрачиваемая на преодоление указанных сопротивлений, вновь обращается в тепло и повышает теплосодержание.
При парциальном подводе рабочего тела на длине дуги, не занятой соплами, происходит вихревое движение в каналах лопаток. Оно обус ловливает вентиляционные потери, которые складываются в основ ном из следующих составляющих: трения и удара рабочего тела о лопатки; вентиляторного действия лопаток; прерывистого поступле ния рабочего тела на лопатки парциального диска. Кроме того, при парциальном впуске потока только та часть лопаточных каналов диска заполнена паром, которая в данный момент находится напротив со пел. Все остальные каналы лопаток заполнены нерабочим телом. При подходе этих каналов к соплам рабочий пар затрачивает часть энергии на выталкивание нерабочего пара. Потери энергии на выталкивание называют потерями на «выколачивание». На преодоление указанных
34
вредных сопротивлений требуется затрата механической |
работы, ко |
|||
торая вызывает |
повышение |
теплосодержания |
пара. |
|
Для определения потерь на трение и вентиляцию часто |
применяет |
|||
ся эмпирическая |
формула |
Стодола |
|
|
/VT .B = |
X[l,07d2 + |
0,61z(l — s)dl]2'5]u3- |
10-6 р, |
(1-50) |
где WT .B — мощность, затрачиваемая на трение диска и вентиляцию, кВт; X— коэффициент, значение которого для воздуха и высокопере гретого пара принимают равным 1,0, для перегретого пара — в пре делах 1,1 ч- 1,2 и для насыщенного пара — 1,3; d — диаметр диска, измеренный посередине лопаток, м; г — число ступеней скорости на колесе; е —степень парциальное™ впуска пара; /2 — высота лопатки,
см; и — окружная скорость на |
окружности среднего |
диаметра, м/с; |
р — плотность среды, в которой |
вращается диск, кг/м3 . |
|
Для двух- и трехЕенечных дисков в (1-50) вместо /2 |
подставляется |
|
средняя высота лопаток. |
|
|
Потери на трение и вентиляцию в тепловых единицах |
||
Лт .в |
= NTJG, |
(1-51) |
где G — расход пара через ступень, кг/с; /гт .в — повышение теплосодер жания пара, эквивалентное затраченной работе на преодоление тре
ния и вентиляцию, кДж/кг. |
|
i—s-диаграм- |
|
Потери на трение и вентиляцию /гт .в откладываются на |
|||
ме так же, как и потери hc, |
ha |
и hB (см. рис. 1-15), где |
|
I X = |
К + К + К + Ат.в. |
(1-52) |
|
Величина hTB получается |
значительной для двух- и трехвенечных |
дисков с парциальным подводом, работающих в среде высокого дав ления. Для ступеней в части низкого давления турбины с полным подводом величина /гт .в невелика. Для последней ступени паровых конденсационных турбин величиной / i T . B можно пренебречь.
В реактивных турбинах при отсутствии дисков и с полным подво дом пара к лопаткам потерями от трения обычно пренебрегают, так как при барабанной конструкции они незначительны, а потери на вен тиляцию отсутствуют.
Потери через внутренние зазоры в активных турбинах. На рис. 1-18, а представлена схема ступени давления активной турбины. По обе стороны диафрагмы, закрепленной в корпусе, устанавливается разность давлений за счет расширения пара в соплах. Так как рабочие диски вращаются вместе с валом, а диафрагмы закреплены в корпусе турбины неподвижно, то между ступицей диска и диафрагмой имеется зазор (щель). Вследствие разности давлений по обе стороны диафрагмы через зазор протекает некоторое количество пара, минуя сопловой аппарат и не совершая полезной работы. Утечка через зазоры диаф рагм вызывает повышение теплосодержания пара, выходящего из ступени, и представляет потерю, которую можно учесть при построе нии процесса на i—s-диаграмме. Для уменьшения утечки между
2* |
35 |
внутренней расточкой диафрагмы и ступицами дисков устанавли ваются специальные лабиринтовые уплотнения (рис. 1-18, б).
Потери тепловой энергии через зазоры между диафрагмой и валом турбины зависят от многих факторов: числа гребней уплотнения; ве личины радиальных зазоров; наличия или отсутствия разгрузочных отверстий в дисках последующих ступеней и т. д.
В)
Рис . 1-18. |
Ступень давления активной турбины |
|
|||
Количество пара, |
протекающего |
через зазоры |
диафрагмы Gy T , |
не |
|
вырабатывает полезной мощности, а энтальпия его i'i сохраняется |
без |
||||
изменения. |
|
|
|
|
|
Конструктивное |
расположение |
уплотнений |
диафрагмы |
(см. |
|
рис. 1-18, а) показывает, что утечки |
Gy T после диафрагмы поступают |
||||
вместе с паром G4 к рабочим лопаткам. |
|
|
|||
Количество тепловой |
энергии для |
основного потока пара за сопла |
ми равняется Git/, где г/— энтальпия пара за соплами. Тепловая энер гия пара, протекающего через зазоры диафрагмы, определяется из соотношения Gy T /4 . Для принятой схемы уплотнений диафрагмы оба
36
потока пара встречаются перед рабочими лопатками ступени. При
идеальном |
их смешении перед |
рабочими лопатками будем иметь |
энтальпию |
смеси, равную i C M = |
(Git'i'+ Gy i i1 )/(G1 + Gy T ).H3 этого ра |
венства следует, что энтальпия смеси потоков t C M > i Y . Однако это сме шение потоков пара будет вызывать потери тепловой энергии на изме нение скорости пара, поступающего из уплотнений к рабочим лопат кам. Протечки пара в количестве Gn p через верхний зазор между корпусом турбины и ленточным бандажом также являются потерями тепловой энергии и понижают мощность турбины.
Разгрузочные отверстия в дисках и реактивность на рабочих лопат ках сильно усложняют расчеты определения тепловых потерь через зазоры уплотнений в диафрагмах. С достаточным приближением можно положить, что величина Gy T (t4 —i2 ') компенсирует тепловые потери: на поворот струи пара, поступающего к рабочим лопаткам; на протечки пара через радиальные зазоры между корпусом турбины и ленточным бандажом; на все комбинации потерь, которые связаны с протечками пара через отверстия в дисках, где /2 '— энтальпия пара за рабочими лопатками с учетом всех потерь, кроме утечек из уплот нения диафрагм.
Все величины, входящие в (1-53), кроме Gy T , известны из теплового расчета ступени. Gy T определяется следующим способом. Давление пара перед диафрагмой равно р ь а за рабочим диском — р 2 . Следова тельно, весь перепад давлений от р 4 до р 2 (ступень чисто активного ти
па) |
распределяется между лабиринтовыми камерами |
А, В, С, D, Е |
и F. |
В первом зазоре (щели) давление снижается до р'. |
Скорость пара |
с, которую пар приобретает в щели в результате расширения, полностью теряется в камере А вследствие удара о стенки камеры и вихреобразования. Вследствие этого теплосодержание, понизившееся при рас ширении, вновь повышается до начального значения it (рис. 1-18, в). В следующей щели давление снижается от р' до р". Скорость с, кото рая также возникает в щели при расширении пара, в камере В снова теряется, за счет чего энтальпия вновь повышается до начальной величины. То же самое происходит и в следующих лабиринтах. За последней щелью лабиринтового уплотнения давление падает до р 2 , а энтальпия из-за потерь повышается до it. Здесь пренебрегаем потерей тепла через вал турбины и обойму уплотнений.
На рис. 1-18, в схематично представлена часть i—s-диаграммы, по казывающей тепловой процесс расширения рабочего тела в лабирин тах диафрагмы при р = const. Линиями ААи ВВи СС4 и т. д. изобра жается адиабатическое расширение в зазорах (щелях). Отрезки изо бар AiB, BtC, CiD и т. д. показывают повышение энтальпии за счет гашения скорости в камерах.
Для любой щели можно применить уравнение неразрывности струи
|
GyTv |
= |
fsc, |
|
|
(1-53) |
|
где v — удельный объем пара |
в щели |
(в точках Ait Blt |
Ct |
и т. |
д.), |
||
м3 /кг; с — скорость в щели |
при |
адиабатном расширении, |
м/с; fs |
= |
|||
= nds — площадь кольцевой |
щели, м2 ; |
s — величина |
радиального |
||||
зазора, м; d — диаметр ступицы |
диска, |
м. |
|
|
|
37
Так как через каждую щель проходит одно и то же количество рабочего тела Gy T , то, считая площади кольцевых зазоров fs для всех щелей одинаковыми, можно записать
civ = Gyr/fs = const. |
(1-54) |
Дли уплотнений с разными диаметрами это уравнение будет при
ближенным. |
|
|
По мере расширения пара в зазорах удельный объем |
непрерывно |
|
возрастает. Следовательно, |
для сохранения условия (1-54) скорость |
|
с от зазора к зазору должна |
увеличиваться, т. е. в каждом |
последую- |
щем^зазоре должны возрастать тепловые перепады (см. рис. 1-18, б). Таким образом, максимальная скорость потока достигается в послед нем лабиринте, и она может достичь величины, равной критической скорости. При определении утечек через лабиринтовые уплотнения нужно иметь в виду два случая: 1) скорость потока в зазоре последнего
лабиринта меньше критической и 2) эта скорость равна |
критической. |
||
Для небольшой разности давлений (р'~ |
р") по обе стороны гребня |
||
уплотнений (при с < с к р ) |
скорость пара в |
зазоре |
|
с = |
316,21x1/2 (р' — p')v, |
(1-55) |
где (д. — коэффициент расхода, учитывающий не только потери при расширении в щели, но и степень использования скорости из предыду щего зазора; v — средний удельный объем пара между указанными давлениями; р ' и р"—давления, бар.
Коэффициент (х зависит от конструкции лабиринтовых уплотнений. Величина утечек пара через щель
Gy T = fsclv |
= 316,2ц fs У2 (р' — p')lv. |
(1-56) |
Это уравнение можно представить в таком виде: |
|
|
р'-р" |
, / Оу т |
|
2 V316.2
Так как точки А, В, С и т. д. (см. рис. 1-18, в), характеризующие состояние пара в каждой лабиринтовой камере, лежат на линии /4 = = const, то изменение состояния в лабиринтах с достаточной точно стью подчиняется закону
|
p V = p"v" = |
р,»! = |
pv = |
const = В, |
|
(1-58) |
|
отсюда v — B/p, |
где В—постоянная |
величина. |
|
|
|||
Подставляя в |
(1-57) вместо |
v значение В1р, получаем |
|
||||
|
|
в |
I GVT |
\2 |
|
|
|
|
(Р'-Р")Р--т[ш^)- |
|
|
|
|
(1-59) |
|
Обозначив р' — р " — —Ар и разделив |
обе части |
этого |
уравнения |
||||
на Д*(см. рис. |
1-18, б), будем иметь |
|
|
|
|
||
(- |
Ар/Ах) р = |
B G Z r |
|
• — |
= — |
, |
(1-60) |
v |
2 • 3 1 6 , 2 2 ^ |
Ах |
Дх |
|
|
38