Влияние режима работы ступени на относительный лопаточный КПД
|
| Зная тепловой перепад ступени, можно рассчитать так называемую фиктивную скорость ступени:
cФ - скорость, которую мог бы приобрести поток пара, если бы весь тепловой перепад срабатывается на соплах.
Отношение u/cФ является важнейшей характеристикой ступени.
Наибольшее влияние на hОЛ оказывает характеристика ступени xФ = u/cФ.
| Рассмотрим зависимость hОЛ = f(u/cФ) на примере ступени активного типа.
Если исследовать изменение потерь x1, x2, xBC от u/cФ, то можно сделать следующие выводы: - профили сопловых и рабочих решеток с точки зрения аэродинамики потока весьма совершенны и в различных режимах работы ступени потери энергии потока x1 и x2 мало изменяются (x1=6…8%, x2=8…12%). - наибольший вклад в изменение hОЛ вносит потеря энергии с выходной скоростью , где - потеря энергии потока с выходной скоростью зависит от величины a2:
(при a2=90° мы имеем минимальные значения c2, DHBC, xBC)
Следовательно u/cФ=oрt и hBC=max.
Максимальный КПД ступени будет:
для активной при = 0,42 .. 0,55
для реактивной при = 0,55 .. 0,65
j= c1/c1t - скоростной коэффициент сопловой решетки, то есть отношение действительной скорости истечения пара из сопл к теоретической (j = 0,94…0,98).
Выводы:
Относительный лопаточный КПД ступени характеризует аэродинамическое совершенство решеток и потерю энергии потока с выходной скоростью.
Наивысшая экономичность для активной ступени будет при , для реактивной при .
При заданной окружной скорости ступени u = pdn (p=3,14159…, d = const, n = const) ступень с наивысшей экономичностью может переработать вполне определенный тепловой перепад.
Любое отклонение режима работы ступени от режима с оптимальным значением u/cФ неизбежно приведет к снижению КПД.
Мощность, развиваемая на лопатках ступени
Построив треугольники скоростей и процесс расширения пара, можно рассчитать мощность ступени.
Усилие, действующее на рабочую решетку в окружном направлении (окружное усилие):
Ru = G(c1 cos a1+c2 cos a2).
Мощность, развиваемая потоком пара на рабочих лопатках:
Nu = Ru· u
G - расход пара через ступень, кг/с;
R - усилие, Н
u, c - скорость, м/с;
N - мощность, Вт.
Дополнительные потери энергии в ступени
Потери трения диска
Конструктивно ступень паровой турбины выполнена так, что диск рабочего колеса размещается в камере, образованной соседними диафрагмами сопловых аппаратов. Пар, заполняющий камеру ступени, при вращении диска увлекается в движение вокруг оси турбины и в вихревое движение в поперечном сечении камеры.
На преодоление трения между диском и паром в камере расходуется часть полезной мощности, развиваемой паром на лопатках
,
где uд - окружная скорость на периферии диска;
dд - диаметр диска;
v1 - удельный объем пара;
kтр - коэффициент трения, зависит от режима движения пара в камере, размеров камеры и шероховатости поверхности.
Потери трения диска уменьшают полезную работу ступени. Потери энергии на трение диска составляют при расходе пара через ступень G
.
Коэффициент потерь энергии на трение диска
.
Потери с утечками пара
Рассмотрим схему движения пара в турбинной ступени. Из общего количества пара, поступающего к ступени, G часть пара уходит мимо соплового аппарата через зазор между диафрагмой и диском G1у.
Из количества пара, поступающего к рабочему аппарату, часть уходит через разгрузочное отверстие за ступень мимо рабочих лопаток G2у, и другая часть поверх бандажа рабочих лопаток - G3у.
Эти потоки не работают в сопловом и рабочем аппаратах и поэтому полезной работы не совершают.
Для уменьшения утечки мимо соплового аппарата G1у применяют диафрагменное уплотнение, а для уменьшения утечки мимо рабочего аппарата G3у - бандажное уплотнение. Эти уплотнения выполняются лабиринтового типа с минимально возможным зазором d = 0,3...0,6.
Величина утечек рассчитывается с использованием уравнения расхода.
Если сумма утечек определена,
Gу = G1у + G2у + G3у,
то потеря энергии от утечек определяется приближенным соотношением
,
а относительная величина - коэффициент потерь с утечками составит
,
Потери от влажности пара
Большая часть ступеней влажнопаровых турбин АЭС работает на влажном паре. Влага в ступени может находиться в виде капель различного размера (мелких, крупных), распределенная, чаще всего, неравномерно по проходному сечению канала или же в виде жидкой пленки на поверхности лопатки.
При движении такой двухфазной среды в ступени возникают дополнительные потери энергии, связанные с трением между паровой и жидкой фазами, потери энергии на разгон влаги в канале, потери энергии от торможения рабочего колеса крупнодисперсной влагой.
Для учета потерь от влажности часто пользуются эмпирической формулой, определяющей коэффициент потерь от влажности
xBЛ = аyср,
где yср - средняя степень влажности в ступени;
а - поправочный коэффициент, а = 0,5...1,4, обычно а = 1.
Потери от влажности уменьшают величину полезно использованной энергии в ступени на
.
Более сложные методики расчета учитывают влияние на потери доли в потоке крупнодисперсной влаги.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|