7.2.2. Степень парциальности турбинной ступени и потери от парциальности

Степенью парциальности называют отношение длины окружности, занятой каналами сопловой решетки, через которые осуществляется доступ пара к рабочей решетке, к общей длине окружности, определяемой по среднему диаметру d_ср:

e=z₁t₁/(d_ср). (7.4)

При парциальном подводе пара формируются дополнительные потери, определяемые эффектами вентиляции и на концах дуг сопловых сегментов. При е1 каналы рабочих лопаток при вращении диска попеременно то заполняются потоком пара из сопловых каналов, то выходят из активной части воздействия парового потока. В этих условиях рабочая решетка выполняет функции вентилятора, захватывая и перемещая часть рабочей среды, что требует затрат энергии. Эти затраты формируют потери на вентиляцию (далее вентиляционные), относительное значение которых оценивается коэффициентом вентиляционных потерь:

, (7.5)

где значение коэффициента k_в=0,065, m – число венцов турбинной ступени (для одновенечной m=1, а двухвенечной m=2).

Рис. 7.4. Схема движения рабочей среды по концам дуг ее подвода в парциальной ступени

Потери на концах дуг сопловых сегментов (рис. 7.4) связаны с удалением застойной части пара из межлопаточных каналов рабочей решетки, когда при вращении они приближаются к дуге активного подвода пара из каналов сопловой решетки. Кроме того, в этой зоне нарушается структура основного потока, что также вызывает потери энергии. Обе составляющие потерь по концам дуг подвода пара парциальной ступени называют сегментными потерями, относительное значение которых определяют по формуле:

, (7.6)

где F₁ – площадь выходного сечения сопловой решетки, В₂ – ширина рабочей решетки, l₂ – высота ее лопаток, i – число пар концов сопловых сегментов (обычно i=4, что соответствует количеству сопловых коробок, см. рис.7.2, 7.3). Для двухвенечной ступени произведение ширины и высоты заменяют суммой B₂l₂+0,6B₂¹l₂¹. В итоге дополнительные потери в ступени, связанные с парциальностью:

_парц = _в + _сегм. (7.7)

Оптимальные значения степени парциальности оцениваются для одновенечной ступени выражением , а для двухвенечной - , где l₁, м. Если при выполнении расчета оказывается, что значение е_опт1, то с учетом конструкции сопловых коробок принимается для регулирующей ступени е_мах=0,8…0,85.

При проектировании регулирующей ступени следует учитывать, что в рабочей решетке возникают существенные динамические нагрузки. Поэтому в оценках параметров надежности рабочих лопаток принимается уровень допускаемых напряжений _изг^доп=15…25 МПа в сравнении с _изг^доп=35…40 МПа для обычных ступеней. Это обстоятельство в ряде случаев приводит к необходимости увеличения хорды профиля b₂ рабочих лопаток, что снижает их относительную высоту . В итоге возрастают концевые потери в решетке. В целом уровень потерь в регулирующих ступенях из-за наличия парциальности выше, чем в ступенях с полным подводом пара.