6.3. Работа газа на окружности колеса ступени

В турбине, как и в компрессоре, работу, совершаемую газом в элементе рабочего колеса, можно определить по формуле Эйлера: . Но при этом нужно учесть, что формула Эйлера для ступени компрессора определяет работу,затрачиваемую на вращение лопаток РК, тогда как для ступени турбины надо определить работу,получаемую в результате силового воздействия газа на вращающееся колесо. Поэтому знаки обоих членов в этой формуле надо поменять на обратные. Тогда для ступени турбины

(6.1)

или

. (6.2)

Работа на валу ступени турбины в целом может быть найдена, как и для компрессора, путем интегрирования значений для каждой элементарной ступени (с учетом расхода газа через неё) с последующим отнесением результата интегрирования ко всему расходу газа через ступень, т.е. по формуле:

. (6.3)

6.4. Изображение процесса расширения газа в ступени в p,V- и I,s- координатах

На рис. 6.4 и рис. 6.5 изображен процесс расширения газа в ступени газовой турбины в p,v-иi,s- координатах. Точка0,лежащая на изобарер=р₀, соответствует состоянию газа на входе в сопловой аппарат. Линия02_адизображает идеальный (адиабатный) процесс расширения газа в неохлаждаемой ступени. Вi,s- координатах эта линия представляет собой вертикальную прямую. Действительный процесс расширения газа в ступени сопровождается гидравлическими потерями, приводящими к выделению теплоты трения и увеличению энтропии, и может быть условно представлен политропой0-2,лежащей правее адиабаты. Точки1_ади1изображают состояние газа на выходе из соплового аппарата в идеальном и реальном процессах. Сравнивая реальный и идеальный процессы расширения, протекающие до одного и того же давления, т. е. до изобарыр=р₂, следует подчеркнуть, что в реальном процессе температура и соответственно удельный объем газа оказываются более высокими, чем в идеальном.

Рис. 6.4. Процесс расширения газа в ступени газовой турбины в р,v - координатах			Рис. 6.5. Процесс расширения газа в ступени газовой турбины в i,s - координатах

Таким образом, если в компрессоре диссипация энергии (которую условно называют теплотой трения) приводит к увеличению работы, непосредственно затрачиваемой на сжатие воздуха (по сравнению с адиабатной), то в турбине, наоборот – диссипация энергии (теплота трения) приводит к увеличению работы,отдаваемойгазом при его расширении, на величину, эквивалентную заштрихованной на рис 6.4 площадке, (обозначим её величину, как и теории компрессоров,). Этот эффект носит название"возврата тепла"в процессе расширения. Однако, отмеченное увеличение работы расширения составляет всего 10 – 15 % от величины работы тренияL_rи не компенсирует её.

В i,s- координатах процесс расширения газ в ступени турбины изображается, соответственно, линией0-1-2, причем рост энтропии в этом процессе обусловлен наличием гидравлических потерь, т.е. необратимостью этого процесса.

В теории газовых турбин принято считать, что процесс расширения газа в ступени начинается не от , а от, т.е. от состояния заторможенного потока на входе в неё. Точка0*лежит на продолжении вверх адиабаты02_ад,причем вi,s- координатах ее расстояние от точки0согласно уравнению сохранения энергии равно.