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

где k — (1 ■— 2Хф cos cti + Хф); ki = 1,02 н- 1,03 — коэффициент,

учитывающий неравномерность потока в ступени; £1; ^ — коэффициенты потерь в сопловых решетках первой, промежуточ-

Рис. 25. Поправочный коэффициент kB, с, учитывающий использо­ вание выходной скорости в промежуточных' ступенях

ной и последней ступеней: Ц; 1,2, £2 — эти же коэффициенты соот­ ветственно для рабочих решеток.

Для уменьшения потерь с выходной скоростью в турбинах при­

точной части турбины, должны иметь по конструктивным усло­ виям малую длину и эффективно работать при неосевом выходе потока за ступенью.

Наиболее эффективными для малых значений хф являются лопа­ точные диффузоры, позволяющие получить высокий коэффициент

49

восстановления при малой его осевой длине (рис. 26). Однако лопаточные диффузоры малоэффективны при переменном режиме, что соответственно ограничивает зону их работы.

К. п. д. ступени с диффузором

НоI

1 - ( 1 - £ д) U

где г)0(- — внутренний относительный к. п. д. ступени, за рабочим колесом которой то же статическое давление, что и за диффузором;

потерь в лопаточном диф­ фузоре при расчетном угле входа можно оценить по аналогич­ ной формуле

> а 2р. При а 2 = а 2р + 10° коэффициент полных потерь в лопа­ точном диффузоре увеличивается в 2 раза, т. е. применение диф­ фузора уже мало эффективно.

Потери в лопаточном диффузоре при переменных углах входа можно ориентировочно оценить с помощью поправочного коэффи­ циента ka (рис. 28):

(£д)л ~ (£д)л. о 1 + &а-

Высота диффузора на входе должна превышать высоту рабочих лопаток на 2—3 мм. Геометрический угол входа в диффузор (по средней линии профиля) должен быть близок к углу выхода потока из рабочей решетки в абсолютном движении:

50

Г л а в а III

ОСЕВЫЕ СТУПЕНИ ТУРБИН ПРИ ПАРЦИАЛЬНОМ ПОДВОДЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА

Вторичные течения в решетках и перетекания пара в зазорах вы­ зывают существеннее снижение к. п. д. ступеней турбин при малых

относительных высотах I = 1/Ь. Так относительный лопаточный к. п. д. осевой активной ступени при изменении высоты сопл (и соответственно рабочих лопаток) с 14 до 10 мм снижается прибли­ зительно на 5%. Поэтому, за редким исключением, ступени с вы­ сотой сопл 1г -< 10ч-12 мм в паровых и тем более газовых турби­ нах не применяют.

Если объемный пропуск рабочего тела мал и высота лопаток ступени при подводе по всей окружности рабочего колеса оказы­ вается меньше -< 12 мм, экономически выгодно применить в сту­ пени парциальный, т. е. по части окружности, впуск газа, увели­ чив благодаря этому высоту лопаток. При правильном выборе степени парциальности можно, несмотря на дополнительные по­ тери энергии (потери от парциальности), получить к. п. д. ступени большим, нежели при полном подводе и малой высоте лопаток.

В области исследования процессов течения газа в ступенях с парциальным выпуском накопился в настоящее время обширный экспериментальный и теоретический материал, что позволяет дать достаточно обоснованные и надежные рекомендации по вы­ бору степени парциальности и расчету соответствующих потерь.

Потери, возникающие в ступени турбины при парциальном подводе, разделяют на потери от вентиляции и потери на концах дуги подвода.

Несмотря на очевидную условность, такое разделение оказы­ вается полезным при оценке величины потерь парциального подвода.

Потери от вентиляции

Потери от вентиляции возникают на дуге окружности колеса, свободной от подвода рабочего тела. Мощность, затрачиваемая на вентиляцию, считается пропорциональной величине дуги, сво­ бодной от подвода рабочего тела.

52

о

Оценить величину мощности, затрачиваемой на вентиляцию,

*Первое значение k соответствует одновенечным колесам, второе—двухвенечным.

**В зависимости от размеров камеры.

Формулы ЦКТИ, В. Траупеля и П. Зутера включают допол­ нительные коэффициенты и С. Коэффициент р характеризует влияние осевых размеров камеры, коэффициент С — влияние боль­ шого числа геометрических параметров, в том числе IJd, b2, расположения решеток и т. д.

На рис. 29 представлены различные виды решеток в однове­ нечной ступени. Сочетания имеют двухбуквенное обозначение сле­ дующего содержания:

буква О означает, что венцу лопаток рабочего колеса пред­ шествует сопловая решетка, открытая со всех сторон;

буква С означает свободно. Это относится к случаю, когда со стороны рабочего колеса имеется только емкая камера или неогра­ ниченное свободное пространство;

буква 3 означает закрыто. Это относится к случаю, когда венцу рабочих лопаток предшествует сопловая решетка, : акрытая со стороны входа, что качественно соответствует режиму работы тур­ бины с закрытым регулирующим клапаном;

буква П означает прикрыто. Например, сочетание П— С озна­ чает, что со стороны входа на лопатки рабочего колеса имеется при­ крывающий щиток, а со стороны выхода — емкая свободная ка­ мера.

Как следует из табл. 5 для одной и той же ступени с фиксиро­ ванными геометрическими и режимными параметрами формула (30) дает величины Рв, отличающиеся в 2—8 раз и более. Такое рас-

53

хождение количественных результатов объясняется двумя фак­ торами:

1) влиянием неучтенных в процессе эксперимента параметров, особенно геометрических;

2) несоответствием структуры некоторых формул требованиям теории размерностей.

Но так как формулы Шубовича и Стодолы не учитывают влияния относительного размера лопаточного венца l2/d и относительного

могут быть представлены в безразмерном виде

е _ £в_ __ у h_' I —е . ___________

т. е. они не противоречат требованиям теории размерностей.

54

Структура формул Стодола, Керра, GEC, ВВС неправильна, так как размерности вентиляционной и располагаемой мощности неоднородны.

Анализ показывает, что данные В. Траупеля и П. Зутера яв­ ляются наиболее общими, в то время как зависимости других исследователей представляют некоторые частные случаи.

Затрата мощности на вентиляцию по В. Траупелю и П. Зутеру

Ръ= Cndl2 ~ (1 - ё ) - ^

или в безразмерном виде

Значения коэффициента расхода р,х и ]/1 — р обычно мало отличаются от единицы, т. е. выражение (31) можно без существен­ ной погрешности записать в виде

Коэффициент С, по данным В. Траупеля и П. Зутера, зависит от группы режимных и геометрических факторов: числа Re, кон­ струкции и сочетания решеток, способов закрытия каналов ра­ бочего колеса и соплового аппарата, осевых зазоров и хорд ре­ шеток

Зависимость коэффициента С одновенечных ступеней от со­ четания решеток и отношения l2/d при разных значениях относи­ тельной ширины b2/d представлена на рис. 30.

Конструктивные оформления решеток по окружности рабочего колеса могут быть различными. В этом случае в качестве коэффи­ циента С вычисляется средняя величина:

П

где т(. — доля окружности неактивной части рабочего колеса, за­ нятая данным конструктивным сочетанием решеток:1

1

Потери на вентиляцию в двухвенечной ступени

55