Сущность и особенности ступеней давления.
Основная идея использования многоступенчатых турбин со ступенями давления заключается в существенном снижении скорости с1, за счет уменьшения располагаемой энергии, приходящейся на одну ступень.
Если число таких ступеней Z и адиабатная работа la в них одинакова (что необязательно), то
,
(2.2)
где La – адиабатная работа турбины.
В
каждой ступени скорость потока с1
получается в
меньше,
что позволяет обеспечить 1
opt
при меньших окружных скоростях.
Совокупность последовательно включенных турбинных ступеней, из которых каждая использует часть общей располагаемой энергии, называется ступенями давления.
В каждой ступени группы протекает в основном тот же рабочий процесс, что и в одиночной ступени. Но при работе группы ступеней неизбежно взаимодействие ступеней, которое выражается в появление возращенной теплоты второго рода, а также в использовании выходной энергии ступеней. Кроме того, работа группы сопровождается дополнительными потерями энергии, которых нет у одиночной ступени.
58.Внешние характеристики турбин.
К внешним характеристикам турбинной ступени (турбины) относят мощность N, крутящий момент на валу M, число оборотов ротора n, расход рабочего тела G, располагаемая работа L0, КПД и др. Графическая взаимосвязь между любыми двумя из этих величин называется характеристикой ступени (турбины).Рассмотрим связь между наиболее важными (итоговыми) внешними характеристиками: мощностью N, моментом M и частотой вращения n. При неизменном положении органов управления и регулирования сохраняются постоянными расход рабочего тела G=G0 и располагаемая работа L0=L00. Изменяя нагрузку потребителя механической энергии, произойдет торможение (уменьшение n) или разгон (увеличение n) системы ротор турбины – потребитель. Такая ситуация имеет место при изменении угла установки лопастей ВРШ.
Для крутящего момента можно записать
;
(5.19)
где r – средний радиус лопаток.
Из треугольников скоростей (рис.13)
,
тогда
,
в этой формуле учтено допущение, что с1u=c1u0.
Очевидно, что при u=u0 получим момент М0 на номинальном режиме. При неподвижной турбине достигается наибольшее значение момента
.
(5.20)
Так
как
,
то
. (5.21)
Введем относительные значения характеристик
,
,
.
Коэффициент пускового момента называется отношение
.
(5.22)
Учитывая,
что
из уравнения (5.21) находим
, (5.23)
. (5.24)
Пренебрегая изменением механических потерь энергии, потерь в решетках, потерь внутренних, а также принимая неизменными расход G и располагаемую работу L0 получим
. (5.25)
Рис. 13 Работа турбинной ступени с переменными оборотами (G = const, L0 = const): а) треугольники скоростей; б) изменение мощности, крутящего момента и КПД в функции частоты вращения.
Из
формул (5.24) и (5.25) следует, что при указанных
допущениях относительные изменения
и N
одинаковы, а кривые
и
совпадают.
Анализируя
полученные выражения можно сделать
вывод, что момент есть линейная функция
частоты вращения или окружной скорости.
Мощность и КПД изменяются по симметричной
параболе (рис.13). У рассматриваемых
зависимостей есть три особые точки.
Первую из них, где мощность и ПД достигают
максимального значения, найдем из
условия
,
, (5.26)
. (5.27)
Формулы (5.26) и (5.27) будут справедливы, если n0 не соответствует максимальной мощности.
Вторая точка соответствует нулевой мощности при вращении турбины, частота вращения при этом называется угонными оборотами nуг
. (5.28)
Угонные обороты соответствуют режиму, при котором выходной и входной треугольники скоростей накладываются один на другой (c1u-c2u=0).
Ротор турбины устремляется к угонным оборотам при потере нагрузки (поломка муфты, потеря винта и т.п.) Практически угонные обороты на 520% ниже значений, вычисленных по формуле (5.28) из – за увеличения механических и внутренних потерь энергии с повышением n.
Третья особая точа соответствует неподвижному ротору турбины n=0, а момент имеет наибольшее значение определенной формулой (5.21), что возможно при G=G0 и L0=L00.