18. Уравнение сохранения энергии для рабочих лопаток и опреление скорости на выходе из рабочей лопатки.

( удельная работа)

Общее уравнение сохранения энергии может быть применено и к потоку пара в рабо­чей решетке. Однако в этом случае при отсутствии теплообмена с внешней средой ра­бота L = L_u, развиваемая потоком пара, не равна нулю, так как при протекании пара в

рабочей решетке часть энергии пара преобразуется в механическую работу (в отличии от сопловой решетки, в которой механическая работа не совершается т.к. нет перемещения).

П рименяя обозначения рис. 3.2 и 3.5 и учитывая, что в рабочей решетке пар расширя­ется от давления р₁ до давления р₂, напишем уравнение сохранения энергии при отсутствии теплообмена:

Т.е. ускорение потока на рабочих лопатках происходит в относительном движении. Исходя из принятой методики, когда вначале рассматривается теоретический процесс расширения (без потерь располагаемой энергии) относительная скорость на выходе определяется по формуле:

Формулу (3.13) можно получить и другим путем, если ввести условные параметры торможения в относительном движении:

19. Потери располагаемой энергии при расширении газа в каналах турбинных ступеней. Критическое отношение давлений при действительном процессе расширения.

И Беляевские лекции для наглядности

20. Газодинамические характеристики решеток турбинных профилей

Беляевские лекции для наглядности

21. Составляющие потерь располагаемой энергии в турбинных решетках. Обобщенные газодинамические характеристики турбинных решеток. Почему на коэффициент потерь влияют b/l и Δα(Δβ).

1. Потери энергии в сопловой решетке , где энтальпия пара в конце действительного процесса расширения в соплах определяется по и , а энтропия - по и .

2. Потери энергии в рабочей решетке, кДж/кг .

3. Потери от трения связаны с течением в пограничных слоях на вогнутой поверхности и спинке лопатки вдали от ее концов, т.е. эти потери определяются трением на профиле лопатки, а также потерями энергии в случае отрыва потока от этих поверхностей. Чем больше толщина пограничного слоя, тем больше потери трения.

4. Потери от утечек рабочего тела (пара или газа) связаны с протечками через зазоры помимо сопловых или рабочих лопаток. Эти протечки не совершают полезной работы в ступени, поэтому энергия пара или газа протечки является потерянной для ступени.

5. От парциального подвода пара (на рабочие лопатки поступает не по всей окружности, а только по некоторой ее части, при этом на неактивной части отводится работа, связанная с перемещением «застойного пара»=> полезная энергия ступени уменьшается).

6. Потери от влажности возникают в ступенях турбины, через которые течет влажный пар. Они состоят из:

• потери от удара капель влаги со стороны спинки рабочих лопаток как результат тормозящего действия частиц влаги на вращающийся ротор;

• потери от переохлаждения пара;

• потери от разгона капель влаги паровым потоком – трение на границе раздела фаз;

• потери в пограничном слое, связанные с образованием жидкой пленки на поверхностях проточной части;

• потери от увеличения размеров кромочного следа за счет дробления пленки при сходе ее с выходной кромки лопаток.

Приближенная формула оценки потерь от влажности: , где a – изменяется от 0,4 до 1,4 (для предв. расчетов 0,8-0,9), y₀-влажность перед ступенью, y₂-влажность за ступенью (y=1-x).

Газодинамические характеристики решеток:

Выпуклая сторона профиля – спинка или сторона разряжения; вогнутая поверхность профиля –«корыто» или сторона давления.

• угол выхода потока из решетки

_,

• конфузорность канала

• коэффициенты потерь

• коэффициенты скорости

• коэффициенты расхода

• критерии газодинамического подобия: M(ε), Re

• угол поворота канала , .

• угол атаки на входную кромку – γ

Потери энергии:

1. профильные: Под профильными потерями пр ζ_пр понимают потери в плоских, бесконечной длины (l → ∞) решетках, которые определяются в первую очередь трением в пограничном слое и вихрями за выходной кромкой (потери от трения, кромочные, волновые).

2. концевые(ζ_к): потери у торцевых стенок решеток, вызванные трением на стенках, ограничивающих канал по высоте, перетеканием газа в пограничном слое от вогнутой поверхности к спинке профиля из-за перепада давления между ними и вихрями у концов лопаток.

Профильные и концевые потери включают волновые потери при сверхзвуковом обтекании, потери от нестационарности и взаимодействия решеток, от входной неравномерности (включая неравномерность по высоте), потери от влажности и т. п.

С увеличением угла поворота потока суммарные потери энергии в решетке возрастают, а коэффициенты скорости соответственно уменьшаются.

Так как профильные потери равны локальным в средней части лопатки, а концевые равны среднеинтегральным по всей высоте лопатки минус профильные, то характер вторичных течений и распределение потерь энергии вблизи концов не изменяется с уменьшением её высоты. При сравнительно малых высотах лопаток наступает искажение в кривых распределения потерь у концов лопаток вследствие смыкания вторичных течений у верхнего и нижнего концов. Таким образом, концевые потери энергии при увеличении отношения b/l увеличиваются (линейно), а при смыкании вторичных течений рост становится более интенсивным.

22. Процесс расширения в проточной части турбинной ступени с ρ =0, ρ <0 и ρ >0.

Отношение располагаемого теплоперепада Н_0Р к сумме располагаемых теплоперепадов сопловой и рабочей решеток называют степенью реактивности ступени. Чем выше степень реактивности ступени, тем больше ускоряется поток в рабочей решетке и, следовательно, относительная скорость w2 увеличивается по сравнению с w₁.

ρ=0 В этой ступени отсутствует расширение потока в рабочей решетке, т.е. давления р₁=р₂, а процесс преобразования кинетической энергии среды в механическую работу осуществляется только за счет поворота потока в каналах рабочей решетки. Профили сопловых и рабочих лопаток такой ступени существенно отличаются друг от друга.

ρ>0 Реактивные ступени. Кроме активной составляющей окружного усилия R_акт формируется и его реактивная составляющая R_реак (за счет расширения пара в рабочей решетке, когда р₂<р₁).

ρ<0 В рабочих лопатках ступени возникает диффузное течение, т.е. в каналах рабочих лопаток давление увеличивается к выходу. При этом диффузорное течение сопровождается повышенными потерями энергии в каналах рабочих лопаток.