Активная и реактивная ступени

В общем случае располагаемый теплоперепад ступени Но распреде­ляется между сопловой и рабочей решетками (рис. 2.10, а):Hо = H_0с + Hор. Отношение располагаемого теплоперепада рабочей решетки к теплоперепаду ступени, подсчитанному от параметров торможения, называется степенью реактивности ступени: р = Hор/H₀. Такое название связано с тем, что при р> 0 в рабочей решетке происходит расширение пара и воз­никает дополнительная реактивная сила, вращающая рабочий диск. При р =0 ступень называется чисто активной. В ней расши­рение пара происходит только в соп­ловой решетке (см. рис. 2.10, б), а передача кинетической энергии ра­бочим лопаткам происходит только благодаря повороту струй пара в ка­налах рабочей решетки. Ускорения потока в рабочей решетке не происхо­дит, и скорости пара на входе и на выходе одинаковы. Поэтому ка­налы рабочей решетки активной сту­пени имеют постоянное проходное сечение. Активными ступенями называют­ся ступени с небольшой степенью реактивности (р = 0 4-0,25). Ступень, в которой степень реак­тивности близка к р = 0,5 и более, называется реактивной. В ней (рис. 2.10, в) происходит расшире­ние пара и в сопловой, и в рабочей решетке примерно в равной степени. Возникающее на рабочих лопатках окружное усилие определяется не только «активными» струями пара, выходящими из сопловой решетки, но и реактивной силой ускоряю­щегося в рабочей решетке пара.

Кпд турбинной ступени

Относительный лопаточный КПД представляет собой отношение полез­ной работы, развиваемой ступенью, к располагаемой энергии ступени:ŋо.л = lст/Eо. Полезная работа ступени определяется соотношением lcт = Ho – ΔHc – ΔHp – ΔНв.с. Располагаемая энергия — это энергия, которая может быть пре­образована в данной ступени в ра­боту. Если ступень расположена в турбине так, что ее выходная ско­рость не может быть использована (например, в последней ступени), то Eо = Hо. Если же с самого начала допускается, что выходная скорость С2 будет использована в следующей ступени, то располагаемая энергия рассматриваемой ступени будет меньше: Ео = Но — С²₂ /2. Таким образом, для ступени, за которой используется выходная ско­рость, ŋо. л = (Но - ΔH_с – ΔHр - ΔH_в._с) / (Ho – C²₂ /2), а для ступени, за которой выходная скорость не используется, ŋо. л = (Но - ΔH_с – ΔHр - ΔH_в._с) /Но. Если ввести относительные потери в ступени ŋо.л=1 — ξc —ξр —ξв.с . Таким образом, относительный лопаточный КПД характеризует ка­чество решеток ступени и потерю с выходной скоростью. Наибольшее влияние на относи­тельный лопаточный КПД оказывает отношение Хф = и/с_ф. Если потери в сопловой и рабочей решетках сравнительно слабо зависят от Хф, то потери с выходной скоростью определяют параболиче­ское протекание кривой ŋ_о.л.(Хф) с максимумом при Хф = Хф^опт. Таким образом, имеется некоторое оптимальное со­отношение скоростей и/Сф, при ко­тором ŋ_о.л максимален. Поскольку окружная скорость и ограничена прочностью вращающихся деталей (дисков, лопаток), ограниченной оказывается и с_ф, т. е. теплоперепад Но = Сф/2, срабатываемый в одной ступени. Именно поэтому конструк­ция турбины выполняется много­ступенчатой. В ступенях турбин АЭС и в последних ступенях турбин ТЭС про­текает влажный пар, что приводит к потерям от влажности и дополнительному снижению относи­тельного внутреннего КПД. Капли влаги, особенно крупные, протекают через ступень по своим траекториям, отличным от течения пара. В част­ности, они вызывают тормозящий эффект. Капли влаги, протекая через сопловую решетку, не успевают разогнаться до скорости пара, при­обретают скорость С1в <С1 ив резуль­тате входят в рабочую решетку со скоростью w_1в, направленной на­встречу окружной скорости движе­ния диска и. Имеющиеся исследования влия­ния влажности на относительный внутренний КПД показывают, что каждый дополнительный процент влажности снижает ŋ_oj на 0,5—1 %.