5. Определение числа нерегулируемых ступеней и их теплоперепадов

5.1. Общие положения

Основной задачей расчета и проектирования проточной части турбины является обеспечение плавности ее раскрытия и максимального КПД ступеней при возможно простой конструкции. Обеспечение плавного течения потока пара достигается в основном выбором надлежащих соотношений между высотами сопел и рабочих лопаток, величины аксиальных зазоров между ними и перекрыш, выбором соответствующих профилей сопел и рабочих лопаток, числа ступеней давления и закона изменения корневых диаметров ступеней.

Проточная часть паровых турбин проектируется по одному из трех законов изменения корневых диаметров ступеней:

• постоянства корневого диаметра d_к = const (см. рис. 5.1, форма 4). Он применяется обычно для цельнокованных роторов ЦВД, ЦСД мощных конденсационных турбин и противодавленческих турбин;

• увеличение корневого диаметра по ходу пара (см. рис. 5.1, форма 1);

• понижение корневого диаметра по ходу пара (см. рис. 5.1, форма 2).

Форма проточной части может быть ступенчатой (см. рис. 5.1, форма 5), и в этом случае на каждом уступе (отсеке) может быть свой закон изменения корневого диаметра. Проточная часть может быть выполнена в виде двух отсеков с противотоком со своим постоянным корневым диаметром в каждом отсеке (см. рис. 5.1, форма 6). При комбинированной компоновке ротора в цельнокованой части применяют постоянный корневой диаметр, в области насадных дисков диаметр возрастает (см. рис. 5.1, форма 3). Современные конденсационные турбины имеют большое число ступеней, что в сочетании с другими условиями приводит к необходимости выполнения двух – или многоцилиндровых турбин. Турбины небольшой мощности в однопоточном исполнении имеют не более 25 ступеней давления, размещенных в одном корпусе. В более мощных многоцилиндровых турбинах обычно ступени давления распределяются по цилиндрам.

Прежде чем приступать к детальному расчету каждой ступени производят разбивку располагаемого теплоперепада, приходящегося на нерегулируемые ступени ( ), по ступеням давления. Для этой цели сначала оценивают диаметры и высоты лопаток первой и последней ступеней, так как они определяют границы изменения размеров проточной части турбины. Допустимая плавность проточной части одноцилиндровых турбин может быть достигнута, если соблюдается соотношение d₁ /d_z  (0,4–0,5), где d₁ – средний диаметр первой нерегулируемой ступени, d_z – диаметр последней ступени. Для конденсационных турбин небольшой мощности, для цилиндров высокого давления многокорпусных турбин и турбин с противодавлением отмеченное соотношение может иметь пределы 0,85–1,0. В многоцилиндровых турбинах определение числа ступеней и разбивка теплоперепадов для каждого цилиндра выполняется отдельно.

Рис. 5.1. Варианты раскрытия проточной части турбины

5.2. Определение располагаемого теплоперепада на нерегулируемые ступени

Располагаемый теплоперепад на нерегулируемые ступени давления определяют из построения теоретического теплового процесса турбины (цилиндра) в H-S диаграмме (см. рис. 5.2).

Рис. 5.2. Разбивка располагаемого теплоперепада по ступеням давления в H-S диаграмме (в примере показано 5 нерегулируемых ступеней)

5.2.1. После расчета РС по известным давлению и энтальпии уточняется точка А (состояние пара за РС соответствует начальной точке процесса в первой нерегулируемой ступени).

5.2.2. Строится теоретический процесс для нерегулируемых ступеней А-К_t и определяется .