Файл: Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие.pdf

‘- t SCtT)

При одной ступени давления в турбине скорость газа, соответствующая располагаемому теплоперепаду, будет рав­

на ctT.

При наличии в турбине 7, ступеней давления и распреде­ лении между ними всего располагаемого перепада тепла На поровну на каждую ступень придется перепад тепла

( 8. 6)

Следовательно, скорости газа, соответствующие распола­ гаемому теплоперепаду, пренебрегая скоростью на выходе из предыдущей ступени, будут равны:

по сравнению со скоростью газа одноступенчатой турбины, использующей тот же перепад тепла, в fz раз. Отсюда ста­ новится ясным, что при сохранении на ступенях многосту­

149

• Число ступеней турбины в зависимости от окружной скО' рости можно определить, написав соотношение

откуда

пропорционально квадрату окружной' скорости ц.\ . Отовда становятся ясными основные параметры, влияющие на число ступеней. При прочих равных условиях увеличение перепада

ние числа ступеней достигается увеличением окружной ско­ рости И7 . Число ступеней и окружная скорость связаны с габаритами турбины. Уменьшение числа ступеней снижает осе­ вые габариты турбины. А окружная скорость связана с диа­

Из этой формулы видно, что с увеличением окружной скоро­ сти должны возрастать или диаметр Dz , или чиодо оборотов n.z , или одновременно оба параметра. Увеличение окружной скорости путем увеличения диаметра повлечет увеличение радиальных размеров турбин. Значит, уменьшение габаритов турбины при увеличении окружной скорости U* может быть достигнуто за счет увеличения числа оборотов nz . Число

151

оборотов ротора турбины существенно отражается на весовых, габаритных и экономических показателях самой турбины и механизмов, приводимых его во вращение. Поэтому число обо-f ротов газовой турбины определяется условиями работы всей установки в целом и устанавливается путем разработки боль­ шого числа проектных вариантов. Увеличение числа ступеней при ггг-const потребует уменьшения диаметра в ]/z раз.

Перепад тепла является величиной заданной, известной из расчета цикла ГТУ. Отношение скоростей ступеней выби­

гаемый адиабатный перепад тепла На делится на равные ча­ сти по изоэнтропе. Как будет показано ниже, действитель­ ный перепад тепла в турбине больше располагаемого На «что вносит некоторую неточность в эту формулу. Однако в пред­ варительных расчетах для определения числа ступеней можно пользоваться полученной формулой (8 .9 ).

Представляет интерес сравнить число ступеней в турбине, если иметь все ступени только с 9 = 0 или только с 9 =0,5 при условии срабатывания одинакового теплоперепада с опти­ мальным отношением скоростей. Число ступеней турбины при 9 = 0,0 определяется выражением

а число ступеней турбины при 9 = 0,5

152

откуда имеем:

равенство:

(8.13)

которое показывает, что при оптимальном отношении скоро­ стей для срабатывания одного и того же перепада На тре­ буется для турбины при р = 0,5 больше ступеней, чем для турбины при 5 = 0,0 . И только в случае принятия оптималь­ ных значений окружных скоростей для таких турбин возможно выполнение турбин с одинаковым числом ступеней (Za=Zr ), так как оптимальные окружные скорости U.A0pt и U.R0pt соответ­ ствующих ступеней связаны равенством (3 .24).

Для промежуточных степеней реактивности между д = 0 и д = 0,5 в ориентировочных расчетах можно считать окруж­ ную скорость изменяющейся по линейному закону и восполь­ зоваться формулой

Эта формула справедлива при соблюдении определенных соот­ ношений скоростей, т .е .

с1а = с2а Если это равенство не соблюдается, то формула будет не­

точна, ибо при соотношении Сга> Сщ. оптимальная окружная скорость снижается. Это практически используется при про­ ектировании турбин, работающих при больших расходах газа в области низких давлений и температур.

153

§2. Процесс в промежуточной ступени с использованием выходной энергии

на диаграмме i - s .

При выходе из ступени газ обладает абсолютной скоро­ стью са . Соответствующая ей выходная энергия

и jj2h степени реактивности <> . в изолированной ступени тепловой эквивалент выходной энергии ступени q_e частично используется в диффузоре иди полностью превращается в тенло, повышая энтальпию газа и невозвратимые потери.

В многоступенчатой турбине ступень оказывается в ином положении, чем изолированная ступень. На ступень много­ ступенчатой турбины воздействует работа предыдущих ступе­ ней и сама она подготовляет поток для работы в последую­ щих ступенях. Кроме того, многоступенчатые турбины пред­ ставляют возможность для использования выходной энергии предыдущей ступени в последующей, что является важнейшей ее особенностью и существенно отражается на работе турби­ ны. Если кинетическая энергия газа, выходящего из предыду­ щей ступени, переходит в эквивалентное количество тепла Чв(к-1)’ повышая энтальпию rasa и невозвратимые потери, то процесс в ступени закончится в точке А2(*.!)(РИС> 62). Не­ большая часть невозвратимых потерь в этом случае будет использована в виде возвращенного тепла в последующих сту­ пенях. Для того чтобы выходную кинетическую энергию можно было использовать в последующей ступени, требуется,чтобы она оставалась в виде кинетической энергии и при входе в последующую ступень. Таким образом, процесс в предыдущей ступени закончится в точке Aa(ic-j), уменьшатся невозврати­ мые потери и повысится к .п .д . турбины.

154

Для того чтобы до­ биться такого перехода газа из одной ступени в другую, надо принять специальные меры, обе­ спечивающие более пол­ ное использование вы­ ходной энергии. К чис­ лу таких мер можно от­ нести:

1)наличие и установку следующей ступени;

2)снижение или

полное устранение со­ противлений на пути от одной ступени к другой,

для чего стремятся выполнить практически целесообразные осевые зазоры между рабочими лопатками этой ступени и соплами следующей ступени;

3) согласование условий выхода потока газа из пре­ дыдущей ступени с условиями входа в последующую, т .е . должно соблюдаться равенство угла выхода потока газа из предыдущей ступени a 2(K-i) углу входа потока газа на сопло­ вые лопатки последующей ступени н.ок •

4) расположение сопел в турбинах с парциальным впу­ ском в соответствии с направлением потока газа.

Соблюдая перечисленные условия при производстве тепло­ вых расчетов, можно принять, что выходная энергия предыду­ щей ступени полностью используется в последующей. В этом случае располагаемой теплоперепад (рис. 62) в промежуточ­ ной Ск -ой) ступени

j.p: