Файл: Абрамов, В. И. Тепловой расчет турбин.pdf

В связи с этим появляется дополнительная потеря энергии на лопатке (потеря на удар):

Коэффициент скорости при этом определяют по следующей фор­ муле:

где £л — коэффициент скорости рабочих лопаток при расчетном угле входа pj0 и числе М2/, соответствующем данному режиму (определяется по рисункам гл.У или данным статических продувок).

Тогда

вия, что расходной составляющей является только wlp:

cos2 (i — i0) + р (Сф/Wi)2

Ц2 = Р-20

l + Р (СфМ )2

где р2о — коэффициент расхода рабочей лопатки при расчетном угле входа р10, данной сухости х 2 и т. п.; г„ — угол атаки лопатки на расчетном режиме.

Определив скорости w2UM2t и коэффициенты расхода рг в соот­ ветствующих сечениях, подсчитывают расход пара через рабочую

Расход G2 соспоставляют с расходомGxчерез сопловую решетку. При этом могут быть три случая

G2 = Gi, G2 < Gx; G2 > G2.

Первый случай соответствует балансу расходов по сопловой и рабочей решеткам, т. е. соответствует существованию безотрыв­ ного режима при данном пропуске рабочего тела.

Во втором случае баланс расходов через сопловую и рабочую решетки может быть достигнут только при таком перераспределе­ нии параметров в зазоре, при котором увеличивается расход через рабочую лопатку, т. е. при условии роста степени реактивности в корневом сечении и некоторого, незначительного снижения рп у периферии. При этом возможен отрыв потока от периферийных обводов сопловой решетки,

175

параметров в зазоре должно создать условия для возникновения отрывного течения в корневой зоне рабочей лопатки. Исследова­ ния, проведенные в натурных и экспериментальных турбинах, по­ казали, что отрыв потока в корне­ вой зоне рабочей лопатки наблю­ дается во всех последних ступе­

Протяженность зоны отрыва А/отр может быть в первом прибли­

Протяженность зоны отрыва по высоте лопатки, определенная по формуле (97), является завышенной и может быть уточнена в ре­ зультате повторного расчета.

Второе приближение может быть выполнено следующим обра­ зом:

а) строятся конические линии тока в предположении, что отрыв в сопловой решетке отсутствует (рис. 120), а у выходных кромок рабочей лопатки существует отрыв потока по высоте Д/отр (98); б) по изложенной выше схеме рассчитывают течение в сопловой решетке, как безотрывное, а в рабочей решетке — в зоне г„ — готр.

176

При этом расход через сечение рабочей лопатки

где ги , гп — расстояние от оси турбины до данной элементарной струйки тока за сопловой и за рабочей лопаткой.

В результате второго приближения уточняется высота зоны отрыва.

Течение в зоне отрыва аналогично течению в ступенях с относи­ тельно короткими лопатками в вентиляционном режиме, т. е.

Рис. 121. Зона отрыва в корневом сечении рабочих лопа­ ток мощной паровой турбины:

1 — опытная кривая; 2 — расчет по первому приближению; 3 — расчет по второму приближению

соответствующую затрату мощности ступени определяют по фор­ мулам (4)—(8) при подстановке вместо 12высоты зоны отрыва A/2oTp и вместо среднего диаметра ступени dcp — среднего диаметра зоны отрыва (dCp)0Tp = dK+ Л/2отр. (При этом е = 0).

Расчет заканчивается построением треугольников скоростей для зоны активного течения, определением к. п. д. г)ол сечений, вы­

На рис. 121 даны зоны отрыва в корневом сечении рабочих лопаток мощной паровой турбины. Из рисунка видно, что точность приближенного расчета достаточно удовлетворительная.

Оценка высоты отрывной зоны в рабочем колесе последней ступени представляет особенно большой интерес для турбин, работающих в блоке с реакторами насыщенного пара, а также для турбин высоких параметров на органическом топливе, рассчи­ танных на значительное изменение вакуума в конденсаторе (на­ пример, современные мощные теплофикационные паровые тур­

177

бины). В обоих случаях за рабочим колесом последней ступени возможно появление частиц влаги.

Втурбинах насыщенного пара частицы жидкой фазы выпадают

впроцессе расширения и, следовательно, наблюдаются почти на всех режимах. В турбинах с переменным вакуумом в конденса­ торе для охлаждения выпускного патрубка предусматривается распыливание влаги форсунками. Это выполняется в том случае, когда температура пара в выпускном патрубке превышает макси­

можно принять следующую схему течения: в части лопатки, ко­ торая прилегает ко втулке колеса (в корневой зоне), течение из выпускного патрубка направлено в сторону соплового аппарата, а в верхней части поток направлен в обратную сторону. Условимся называть течение вблизи втулки колеса возвратным, а в верхней части отрывной зоны —• компенсирующим. Очевидно, что в обоих случаях участвует одинаковое количество газа. Кроме того, пред­ положим, что средние скорости возвратного и компенсирующего течений равны по величине.

Так как размеры выпускного патрубка велики, то закруткой потока за частью рабочего колеса, которая находится в зоне отрыв­ ного режима, можно пренебречь и считать, что направление аб­ солютной скорости возвратного течения свт приближается к осе­ вому.

С другой стороны, направление скорости компенсирующего течения за рабочим колесом w2kt также можно принять осевым, так как углы отставания а очень велики и, следовательно, угол

ветственно направлением абсолютной скорости возвратного те­ чения на входе в рабочую лопатку и относительной скорости w 2kt.

В зоне возвратного течения можно ожидать заметное эрозион­ ное разрушение спинок и выходных кромок рабочих лопаток вслед­ ствие подсоса капель крупнодисперсной влаги из выпускного па­ трубка. Для оценки размера высоты лопатки, которая будет под­ вергаться эрозионному разрушению, а также скорости эрозион­ ного износа необходимо кроме величины /отр знать скорость свт и радиальную протяженность зоны возвратного течения

где гх = гк -)- /вх, а г0Хр — гк -f- /отр .

178

В результате несложных преобразований получим

вступенях с лопатками умеренного удлинения отрывной зоны.

Всоответствии с формулами гл. III определим затрату мощности

вотрывной зоне:

Значение GB определяется по формуле (99), cosPlBT«=il, так как свт существенно меньше, чем и0. Следовательно, wxвт ^ и0.

Сравнивая выражения (101) и (102), получим следующее вы­ ражение для средней скорости возвратного течения:

где С определяется по кривым С— С (см. рис. 30), причем в качестве величины lid должно быть взято относительное удлинение отрыв­

ной зоны lorp/ d 0\ Твт = /ВТЛ 2-

Знание скорости свт позволяет оценить осевую протяженность зоны эрозионного износа спинки рабочих лопаток. Максималь­ ная скорость возвратного течения имеет место у втулки на ра­ диусе гх, где скорость потока равна нулю. При этом зона эрозион­ ного износа по радиусу лопатки будет иметь форму клина с ос­ нованием у корня лопатки. Именно такая форма эрозионного износа рабочих лопаток наблюдается в процессе эксплуатации паровых турбин.

В теплофикационных турбинах пропуск пара в конденсатор на режимах максимального отбора составляет не более 10% от расчетного. При этом отрывная зона на лопатке занимает 90— 95% ее высоты.

Согласно формуле (100) зона возвратного течения, т. е. зона эрозионного износа, должна при этом достигать для 0 = 3 около 60% высоты лопатки, что хорошо согласуется с данными эксплуа­ тации теплофикационных турбин. Эрозия в указанном случае воз­ никает в результате подсоса капель влаги, которая распыливается затем форсунками в выпускной патрубок.

179