книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

На рис. 33 показано изменение состояния пара в рабочей ре­ шетке: / — 2 t — п р и изоэнтропийном течении, /—2— при действи­ тельном течении с потерями. Точка 1т — состояние заторможенного потока перед решеткой в относительном движении. Характерной особенностью процесса в рабочей решетке является то, что здесь кинетическая энергия потока на входе в относительном движении составляет значительную долю от располагаемого теплоперепада. В частном случае при отсутствии расширения пара в рабочей ре­ шетке пал — ayi/2000.

60

Что касается уравнения (29), то здесь всегда

Окружная сила Ри является движущей силой, вызывающей вращение ротора. Осевая сила Ра стремится сдвинуть ротор в осевом направлении и воспринимается упорным подшипником турбины. Работа, совершаемая в ступени окружной силой, называется окруж­ ной работой и в расчете на 1 кг протекающего через ступень пара опре­ деляется по выражению

Работа в турбинной ступени совершается в рабочем венце. Интег­ рируя уравнение энергии газового потока (24) применительно к ра­

Поскольку в направляющем аппарате поток энергоизолирован­ ный, то энтальпия заторможенного потока остается постоянной по длине каналов независимо от того, сопровождается ли течение потерями или нет, и, таким образом,

Н = h-

61

Следовательно, для окружной работы выражение (32) можно переписать в виде

1и — 'о — h>

Это означает, что окружная работа в ступени равна разности энтальпий заторможенного потока перед и за ступенью. На диа­ грамме i—s (см. рис. 35) разность указанных энтальпий измеряется отрезком hu, называемым окруж­ ным теплоперепадом. При этом

h = I

Отношение

Степень реактивности и безразмерная характеристика ступени.

Отношение изоэнтропийного теплоперепада в рабочем венце к пол­ ному располагаемому теплоперепаду в ступени называется степенью реактивности ступени

изменяется по длине лопаток, возрастая от корня к периферии. Поэтому принято характеризовать ступень степенью реактивности на среднем диаметре облопатывания.

Введение в активных ступенях некоторой реактивности на сред­ нем диаметре позволяет избежать у корня рабочих лопаток, где степень реактивности минимальна, отрицательной реактивности

62

активные ступени, как правило, выполняют с некоторой степенью реактивности на среднем диаметре.

Окружной к. п. д. ступени в значительной степени зависит от величины отношения

Оптимальное значение этой безразмерной характеристики, соот­ ветствующее максимуму окружного к. п. д., для одновенечных активных и реактивных ступеней приближенно можно определить по формуле

ф COS Ctj

Оптимальная безразмерная характеристика при заданной окруж­ ной скорости определяет теплоперепад, который может быть пере­

структивными особенностями и действительными условиями осуще­ ствления процесса, как, например, потери от перетекания пара через зазоры между рабочими лопатками и корпусом, потери от трения дисков о пар; вентиляционные потери при частичном впуске пара, т. е. когда сопла расположены не по всей окружности, а лишь

и могут быть отражены на диаграмме i—s: Поэтому окружные и камерные потери относятся к внутренним потерям. Окружные по­ тери составляют большую часть всех внутренних потерь в ступени.

"-^hi

Внутренняя мощность ступени определяется выражением

N, = Ghit

где G — секундный расход пара через ступень.

63

Эффективная мощность и эффективный к. п. д. турбоагрегата.

В современных главных судовых паровых турбинах общее число ступеней, как указывалось выше, может достигать 20 и более. Такое количество ступеней в большинстве случаев нецелесообразно раз­ мещать в одном корпусе, и их разделяют на группы, каждую из

и ТНД. Соответственно конструкция турбины и турбоагрегата на­ зывается двухили трехкорпусной.

В состав главного турбоагрегата входит турбина (в общем случае многокорпусная), конденсатор, маневровое устройство, служащее для управления подачей пара к турбине, и при механической пере­ даче мощности на гребной винт — зубчатая передача. В целом этот комплекс носит название судового главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА). Элементы ГТЗА тесно связаны друг с другом как по компоновке, так и взаимодействием в работе. По этой причине при оценке экономичности элементов судовой энергетической уста­ новки принято пользоваться суммарными показателями ГТЗА.

На рис. 37 изображен процесс изменения состояния пара,в судо­ вом двухкорпусном ГТЗА с учетом внутренних потерь, т. е. потерь, влияющих на состояние протекающего пара во всех его элементах.

64

2—3 — процесс расширения пара в ТВД; 3—4 — протекание пара из ТВД в ТН Д по соединяющему их

трубопроводу (ресиверу);

характеризуются постоянством энтальпии пара и изображаются горизонтальными отрезками.

Внутренняя мощность турбозубчатого агрегата равна сумме внутренних мощностей всех ступеней

Эффективная мощность турбозубчатого агрегата, под которой подразумевают мощность на выходном валу зубчатой передачи,

где r\mt— механический к. п. д. ГТЗА, учитывающий механические потери в турбинах и зубчатой передаче (г\т, = 0,94ч-0,96).

Обобщающим показателем экономичности ГТЗА является эффек­ тивный к. п. д. ГТЗА

Таким образом, эффективный к. п. д. ГТЗА учитывает все потери, как внутренние, так и внешние (механические и от утечек пара через наружные уплотнения турбин).

Эффективный к. п. д. современных ГТЗА транспортных судов составляет величину в пределах 0,75—0,8, корабельных ГТЗА 0,68—0,75. Более низкие значения г|е корабельных турбоагрегатов

схема двухкорпусного ГТЗА. Подобная схема находит широкое распространение в практике постройки турбозубчатых агрегатов для транспортных судов. Маневровое устройство обычно монти­ руется на судне отдельно и поэтому здесь не показано.

В настоящем параграфе приводятся данные по общему устрой­

кованый, дискового типа; рабочие лопатки набраны по ободам ди­ сков. Сопла регулировочной ступени установлены в верхней 7 и нижней 13 сопловых коробках. Верхняя коробка разделена на несколько сопловых камер, каждая из которых снабжена сопловым клапаном 6. Изменением числа открытых сопловых клапанов сту­ пенчато регулируют расход пара на турбину и ее мощность. Нижняя

Направляющие, или сопловые, аппараты остальных ступеней размещены в диафрагмах 4. Диафрагмы в месте прохода вала имеют уплотнения.

Корпус 5 турбины литой, имеет горизонтальный и вертикальный разъемы. Сопловые коробки приварены к корпусу. Ротор турбины установлен на двух опорных подшипниках скольжения 1 и 9. Осевые усилия воспринимаются упорным подшипником W.

Подшипники встроены в стулья 11 и 16, опирающиеся на фунда­ мент. Корпус турбины соединяется со стульями так, чтобы при тепловых расширениях не нарушалась соосность корпуса и ротора. Один из стульев 16 крепится к фундаменту жестко, второй 11 — через гибкую опору 12, которая за счет упругих деформаций позво-

66

ляет расширяться корпусу при нагревании в осевом направлении. Патрубки 14 и 15 служат для отбора пара на подогрев питательной воды.

В местах выхода вала из корпуса имеются наружные уплотне­ ния 3 и 8 лабиринтового типа. Лабиринтовые уплотнения не создают герметичности, поэтому наружные уплотнения турбин снабжаются специальной системой отсоса и укупорки, предотвращающей попа-

Рис. 39. Турбина высокого давления ГТЗА Ne = 9550 кВт.

дание пара, проходящего через уплотнение, в машинное отделение или воздуха внутрь корпуса турбины, если там давление ниже атмосферного.

установлена турбина заднего хода (ТЗХ) 2, состоящая из одной двухвенечной активной ступени и двух одновенечных. Общая для ступеней переднего и заднего хода выпускная полость переходит в выпускной патрубок 3, к фланцу которого присоединяется конден­ сатор. Между ступенями переднего и заднего хода установлен паро-

Рис. 40. Турбина низкого давления ГТЗА Ne = 9550 кВт.

отбойник для направления пара в выпускной патрубок по благо­ приятной траектории. Ротор, как и в ТВД, цельнокованый, диско­ вой конструкции. Корпус ТНД сварно-литой с горизонтальным и вертикальным разъемами. Корпус ТЗХ вставной, имеет свободу тепловых расширений относительно корпуса ТНД. Камера 4 служит для промежуточного отбора пара низкого давления.

ТНД и ТВД снабжены контрольно-измерительными приборами и устройствами, обеспечивающими защиту от разгона выше допу­ стимой частоты вращения от осевого сдвига ротора и т. д.

5

Следует заметить, что в главных судовых турбинах регулировоч­ ная ступень может выполняться и двухвенечной активной. Двух-

Поскольку к. п. д. двухвенечной ступени при оптимальных усло­ виях несколько ниже-тк. п. д. одновенечной ступени, выбор в пользу двухвенечной ступени, в частности, может быть сделан при жестких требованиях к габариту и массе турбины.

Турбины реактивного типа отличаются от рассмотренных выше главным образом устройством проточной части. Обычно ротор реактивной турбины выполняется в виде барабана постоянного диаметра, реже — конического. Рабочие лопатки набираются на барабане, а направляющие — непосредственно в корпусе или в обой­

69