Предельная мощность турбины, расход пара
Напряжения растяжения от действия центробежных сил для рабочей лопатки постоянного сечения:
-
плотность материала;
- угловая скорость;
- длина лопатки;
- диаметр ступени.
Из
уравнения следует, что максимальное
напряжение
достигается при максимальном
,
которое максимально в последней ступени.
Параметры
могут достигнуть таких значений, при
которых напряжение
становится равным допускаемому
Дальнейшее увеличение невозможно.
Таким образом, максимальный расход пара на турбину, а, следовательно, и предельная мощность ограничиваются площадью проходного сечения рабочих лопаток последней ступени.
Уравнение предельной мощности
Уравнение
неразрывности для торцевой площади
последней ступени:
Полагаем
(ступень выполнена оптимально), тогда
.
Предельная длина рабочей лопатки последней ступени
-
коэффициент разгрузки, который учитывает
снижение напряжения в корне рабочей
лопатки, профилированной по сечению.
Уравнение предельной мощности
Подставим последнее выражение в уравнение неразрывности:
Учитывая
что
;
,
получим предельный расход пара, который может быть пропущен через последнюю ступень, а, следовательно, через турбину в целом.
Уравнение предельной мощности
Таким
образом,
зависит:
от качества материала для изготовления рабочих
лопаток
(
);
от плотности материала (
;
);
коэффициента разгрузки (
);
частоты вращения ( быстроходные -
,
тихоходные -
).
Способы повышения предельной мощности
Способы повышения предельной мощности.
Применение новых, более прочных и легких материалов
(
совокупность
,
).
Пример:
;
сталь;
;
;
;
(турбина
К-300-240 ЛМЗ; 3 выхлопа;
).
;
титан;
;
;
;
(турбина
К-1200-240 ЛМЗ; 6 выхлопов;
).
Совершенствование профилирования рабочих лопаток, с целью снижения .
Большого выигрыша в данном случае получить нельзя, т. к. существует противоречие между оптимальной формой рабочей лопатки с точки зрения экономичности и прочностью этой рабочей лопатки.
Способы повышения предельной мощности
Переход на пониженную частоту вращения.
Теоретически, из уравнения предельной мощности следует, что при понижении n от 50 до 25 1/с предельная мощность увеличивается в 4 раза.
Другими словами, площадь проходного сечения ступени (высота рабочей лопатки) может быть увеличена в 4 раза.
Р
ассмотрим,
возможно ли это?
Пусть исходная ступень имеет размеры, показанные на рисунке.
Увеличение l без увеличения d невозможно, т.к. это приведет к уменьшению диаметра вала (ротора) турбины.
В данном примере увеличение l в 4 раза означает, диаметр вала меньше нуля.
Способы повышения предельной мощности
3) Переход на пониженную частоту вращения.
Для сохранения конструкционных характеристик ротора при увеличении необходимо увеличивать и .
Так
как
,
т. е.
растет пропорционально
и
,
при понижении частоты вращения в 2
раза
можно увеличить примерно в 1,5
раза.
Пример:
К-1000-60/3000 ЛМЗ
;
;
8
выхлопов;
.
К-1000-60/1500 ХТЗ
;
;
6
выхлопов;
.