книги из ГПНТБ / Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие

теллоперепаду называется внутренним к.п .д . турбины и обо­ значается

и может быть непосредственно снята с диаграммы после по­ строения процесса на ней.

§ б. Зависимость внутреннего к .п .д . турбины от среднего значения к .п .д . ступени

Просуммируем располагаемые теплоперепады по ступеням, получим

£ hatc = Наг+Ни ..+h.az+ -у-+ 4р+...+^Цр.

К>1

или

170

удобны для практических целей и позволяют выбирать элемен­ ты облопатывания ступеней такими, которые обеспечивают заданный или выбранный к .п .д . турбины.

К .п.д. на окружности ступени по параметрам торможения можно принимать на расчетном режиме в зависимости от типа облопатывания и конструктивного оформления ступени в пре­ делах 0,90-0,95.

Значение коэффициента J5 ориентировочно оценивается по приближенному соотношению, полученному в предположении равномерного распределения перепадов тепла по ступеням и

172

ся одной из характеристик ступени.

Для того чтобы найти характеристику многоступенчатой

и до последней ступени. В результате такого суммирования получим:

VCtjtp

откуда получаем характеристику многоступенчатой турбины

(8.52)

173

Эта характеристика безразмерная и имеет то же значение,

что и отношение скоростей -jf- для ступени.

При одинаковой окружной скорости на всех ступенях по­ следнее выражение приводится к виду:

V C t^CP

Таким образом, в неявном виде получается связь между

характеристикой многоступенчатой турбины Й с р И характе~ ристиками отдельных ступеней.

Для оценки многоступенчатых турбин используют характе­ ристическое число, которое является частью (8.53) и опре­ деляется отношением

Это характеристическое число представляет собой комбина­ цию конструктивных, газодинамических и тепловых параметров

турбины. В отличие от безразмерной характеристики (Jr-j

характеристическое число со является величиной именован­ ной и зависящей от выбора единиц измерения входящих в него

174

Для турбин без использования выходной энергии из пре­ дыдущей ступени в последующей в формулах (8 .51)-(8 .55) коэффициент ji = О и их написание упрощается. Например формула (8.54) запишется так:

Но Зависимость к .п .д . турбины от характеристического чис­

ла изображена кривой А на рис. 67. Увеличение характе-

I U \

ристического числа ш или I— jcpтак же, как и характери­

стики одной ступени, до некоторого предела сопровождается повышением к .п .д . При определенном значении и> к .п .д . достигает максимума, а дальнейшее увеличение характеристи­ ческого числа приведет к снижению к .п .д . турбины. Увели­ чивать характеристическое число многоступенчатой турбины можно увеличением окружной скорости ступени ила увеличе­ нием числа ступеней. На рис. 67 нанесена кривая Б , пред­

на 35%, что равносильно уменьшению числа ступеней на 1/3

У построенных газовых турбин |-jr~jcp колеблется в преде­

лах от 0,40 до 0,66, а характеристическое число со= 0,320* 0,900. При отсутствии ограничений по весам и габаритам тур­ бины и необходимости получения максимального значения

к .п .д . рекомендуется принимать (*)= 0.85О-1Д25, 4 Е , г 0 ' 65* 0,75. С целью уменьшения веса и габаритов целесообразно отказаться от достижения максимально возможных или просто высоких значений к .п .д . и проектировать турбину для зна­

чений о) =0,320-0,72^ (^ -)ср = 0,4 —0,6 J .

В тех случаях, когда считается целесообразным прини­ мать на расчетном режиме характеристики отдельных ступе­ ней, соответствующие неисходящей ветви кривой зависимости

к .п .д . от со или (Jr-)Cp (рис. 67), характеристическое чис­

ло многоступенчатой турбины может быть выше указанных зна­ чений. При этом надо иметь в виду, что к .п .д . турбины в зоне максимума его с изменением со изменяется мало.

ных по данным выполненных турбин, можно по выбранному зна­ чению для проектируемой турбины со составить представле­ ние о возможном ее к .п .д .

176

Кроме того, пользуясь характеристическим числом to , можно ориентировочно оценить число ступеней турбины. Пола­ гая окружные скорости ступеней равными (профиль проточной

§ 8. Протечки газа через уплотнения

Уплотняющие устройства устанавливаются в кольцевых ще­ лях, образующихся в местах прохода вала ротора через кор­ пус и диафрагмы турбины, для предотвращения чрезмерных протечек газа в этих местах. На пути протекающего через кольцевую щель газа ставятся сопротивления процессу те­ чения, требующие для своего преодоления затраты потенциаль­ ной энергии текущего газа. Кинетическая энергия, необхо­ димая для преодоления этих сопротивлений, получается за счет падения давления текущего газа, причем количество и характер этих местных сопротивлений подбирается так, что­ бы спорости протока через щель были небольшие и, следова­ тельно, было бы небольшим количество протекающего газа. Для более эффективной работы щели необходимо, чтобы ско­ ростная энергия, приобретенная газом в щели, в последую­

177

щей камере целиком переходила бы в тепловую, и скорость, необходимая для протекания через следующую щель, получа­ лась бы целиком за счет нового падения давления в щели. Такому условию удовлетворяют многокамерные лабиринтовые уплотнения, которые в основном и применяются в газовых турбинах (рис. 68).

ре. Для исключения опасных последствий возможного касания вращающихся и неподвижных частей уплотнения одна из таких частей должна иметь острую кромку у щели, которая в слу­ чае касания сработается без большого тепловыделения. Мини­ мальный радиальный зазор в уплотнениях устанавливается исходя из условия обеспечения надежной работы турбомашин, особенно при запуске. Часто его принимают больше минималь­ но необходимого. Радиальные зазоры лабиринтовых уплотнений принимаются в зависимости от диаметра и при его величине

распределяется между всеми кольцевыми щелями. Таким обра-

178

зом, давление постепенно падает от камеры к камере. При проходе через первую кольцевую щель давление газа падает

щелью следует относительно больших размеров лабиринтовая камера, куда и попадает газ по выходе из щели. Мы предпо­ лагаем, что в лабиринтовой камере, где устанавг •вается давление р' , газ полностью теряет приобретенную в сужении скорость благодаря ударам о стенки камер и завихрений. Вследствие этого энтальпия газа в камере I при давлениир вновь повышается до исходной энтальпии перед первой щелью

(рис. 69).

Во второй щели дав­ ление газа падает от р' до р " , а приобретен­ ная газом за счет это­ го кинетическая энер­ гия во Я камере прев­ ращается в тепловую энергию и вновь повы­ шает энтальпию газа до первоначального значе­ ния и т.д . В диаграмме i-S эти процессы будут изображаться линиями

A4Bt , АаВ2 , которые представляют процесс адиабатического расширения газа в щелях, и линиями Вi Аа, В2 А5 , . . . , кото­ рые представляют процесс повышения энтальпии при постоян­ ном давлении. Повышение энтальпии вызывается как потерями при расширении в щелях, так и потерей скорости в лабирин­ товых камерах. Таким образом, течение газа через уплотне­ ния будут характеризоваться двумя линиями. Одна линия AiАгА5А^ является линией постоянной энтальпии i=const. Она характеризует состояние газа перед щелями в предположении полной потери кинетической энергии в лабиринтовой камере,

179