Перетворення енергії в каналах робочих грат аксіального ступеня

Робота, що розвивається парою на робочих лопатках і рівна різниці кінетичної енергії пари на вході і виході з робочого колеса, визначається зміною тільки абсолютної швидкості пари від. С_1а (на вході) до С_2а (на виході) із ступеня

(6.14)

При реактивному принципі роботи пари в ступені пара розширяється не тільки в соплових гратах, але і в робочій і в цьому випадку Р₂<Р₁, тобто окрім різниці ентальпій пари в соплових гратах h₀₁=i₀—і_1а при роботі пари й реактивного ступеня є ще різниця ентальпій пари в каналах робочих грат h₀₂=i_1a - І_2а

Цей теплоперепад витрачається на приріст кінетичної енергії потоку, пари в робочих гратах із зростанням відносної швидкості пари від w_1а до w_2a, тобто

(6.15)

Приріст енергії потоку пари в ідеальному ступені повинно бути передано робочому колесу, яке в цьому випадку виробляє роботу не тільки за рахунок кінетичної енергії, придбаної потоком пари в соплових гратах, але і за рахунок кінетичної енергії, придбаної в робочих гратах:

(6.16)

Повна різниця ентальпій в реактивному ступені складається з різниці ентальпій в соплах h_о1 і робочих лопатках h₀₂, тобто h_o=h_о1+h₀₂. Відношення різниці ентальпій на робочих лопатках до повного значення різниці ентальпій називається ступенем реакції ступеня я позначається р, тобто

Втрати і коефіцієнт корисної дії турбінного ступеня

Втрати, що виникають при русі пари в соплових гратах

де величина може бути визначена як теплоперепад 1 кг пари, що розташовується, в ступені турбіни, від параметрів гальмування p₀, t₀ до кінцевих параметрів пари в ступені.

Мал. 6.4. Процес роботи пари в соплах активного ступеня.

Втрата енергії може бути визначена із співвідношення:

(6.17)

або, оскільки в активному ступені w_2a = w₁,

(6.17a)

Коефіцієнт втрат енергії на лопатках робочої гратки

(6.18)

Оскільки пара виходить з робочих грат з деякою абсолютною швидкістю с₂, м/с, то потік пари відносить з собою певну кількість невикористаної кінетичної енергії

(6.19)

Таким чином, якщо теплоперепад, корисно перетворений на роботу ступеня, позначити через , то енергетичний баланс ступеня може бути представлений таким чином:

(6.21)

або (6.22)

Відносний КПД на лопатках визначається коефіцієнтами втрат енергії в соплових, робочих гратах і з вихідною швидкістю.

(6.23)

Оптимальне відношення (u/с_ф)_0пт визначається з наступної формули:

(6.24 а)

Парціальний підвід пари:

і відповідно.

Багатоступінчаті турбіни

Для того, щоб забезпечити оптимальне значення u/С_ф, теплоперепад в ступені при допустимих значеннях окружної швидкості u = 140÷210 м/с повинен складати 40-80 кДж/кг. Теплоперепад, що виникає в сучасних турбінах, складає 1400-1600 кДж/кг

На мал. 6.4 показана конструктивна схема восьмисхідчастого циліндра. Пара підводиться в камеру 1 і потім до соплових грат першого ступеня 2. На вал насаджені диски 3 з лопатками 4, між якими в корпусі турбіни поміщені соплові грати проміжних ступенів 6, розташовані в діафрагмах 5. Відпрацьована пара виходить через вихлопний патрубок 7.

На мал. 6.5 приведена i,s-діаграмма процесу розширення пари в багатоступінчатому циліндрі. Втрати енергії в окремому ступені приводять до деякого збільшення ентальпії пари на виході із ступеня і одночасно до збільшення розташовується теплоперепаду подальшого ступеня через розбіжність ізобар (h_a<h_a3). В результаті виходить, що сума розташовується теплоперепадів всіх ступеней виявляється більше припустимого теплоперепаду по ізоентропі

і₀-і_к.а=Н_а

(6.27)

Мал. 6.5. Процес розширення пари в багатоступінчатій турбіні.

Внутрішня потужність багатоступінчатої турбіни є сума внутрішніх потужностей ступенів:

,

де n - число ступенів; (N_i)_z - внутрішня потужність z-ступеня.

Висота лопаток визначається залежно від пропуску пари G_c на підставі рівняння сплошности або нерозривності:

(6.29)

де - осьова складова швидкості пари на виході з робочих лопаток; v₂ - питомий об'єм пари в тому ж перетині; F - прохідний перетин робочих грат:

(6.30)