11 .Характеристики, используемые для анализа работы турбины на переменных режимах. Обший вид характеристики в параметрах подобия. Сущность происходящих явлений в проточной части.

ТУРБИНЫ. Для анализа их работы на переменных режимах исполь­зуют характеристики, построенные в безразмерных параметрах подобия: (G√T*3)/P*2 , Gn/P2* , Gn/P1 , P2*/P1 , Lет/n2 (P2*, T3* - давление и температура заторможенного потока газа на входе в турбину; Р1 - давление за турбиной, равное атмосферному; Lет - работа турбины; n - частота вращения турбины; G - расход газа).

Общий вид характеристики турбины приведен на рис.3.9.

При работе турбины на переменных режимах в диапазоне нагру­зок от холостого хода до полной мощности ее параметры (мощность, частота вращения, КПД, расход газа) изменяются в достаточно широ­ких пределах. Ее проточная часть, спроектированная для расчетного режима, не может соответствовать изменившимся газодинамическим параметрам и новым условиям обтекания, поэтому возникает удар газа о кромки лопаток, образуются завихрения, происходит отрыв струй с лопаток турбины. Отрицательные последствия этих явлений тем больше, чем значительнее режим работы отклоняется от опти­мального. Особенно резко они проявляются при работе турбины на пониженной мощности.

Общий вид характеристики турбины в параметрах подобия

Рис.3.9. (1,2,3,4,5,6 - кривые, соответствующие значению параметра n/√T3*= 320;340; 36С; 380; 400; 420).

Учитывая, что отношение сечений первой и последней ступеней F1/F2 постоянно, то изменение отношения давлений P1/Pz вы­зывает соответствующее изменение отношения скоростей Caz/Ca1. Причем при уменьшении отношения давлений уменьшается и отношение скоростей. Это происходит за счет снижения скорости Caz, т.к. при этом все проходные сечения турбины становятся велики по отношению к сечению первой ступени F1.

На переменных режимах с уменьшением степени расширения мак­симальное уменьшение отношения осевых скоростей приходится на рабочие лопатки последней ступени и минимальное - на сопловый аппарат первой ступени турбины. Это происходит потому, что при таких условиях проходные сечения от ступени к ступени оказываются все более завышенными. Таким образом, при уменьшении степени расширения газа в турбине наибольшее снижение перепада давлений происходит в последних ступенях, а наименьшее - в первых. В отдельных случаях последние ступени могут работать с нулевым пере­падом и даже переходить в компрессорный режим.

При увеличении степени расширения газа в турбине отношение осевых скоростей первой и последней ступеней возрастает. Это свя­зано с падением плотностей, что приводит к занижению необходимых проходных сечений по длине проточной части турбины. Общий перепад давлений в этом случае перераспределяется так, что его наиболь­ший рост будет в последних ступенях, а наименьший - в первой.

Пределом увеличения осевой скорости в последней ступени на переменных режимах при увеличении общего перепада будет местная скорость звука.

Помимо определенного перераспределения перепадов давлений между ступенями турбины на переменных режимах ее работы, сущест­венное изменение претерпевают аэродинамические условия обтекания профилей направляющих и рабочих лопаток. Это вызывает рост общих потерь и снижение КПД турбины.