книги из ГПНТБ / Ипатов Е.А. Теория и тепловые расчеты корабельных паровых и газовых турбин учебник

ни зависит также от того, насколько верно при расчете утечек вы­ браны зазоры (размеры щелей) и коэффициенты расхода в них. При выборе зазоров в уплотнении можно руководствоваться гра­ фиком (рис. II-41), на котором представлены величины зазоров в зависимости от диаметра уплотнения. Величины зазоров на дан­ ном графике даны с учетом увеличения их в процессе эксплуата­ ции.

Рис. II-40. Зависимость критического перепада давле­ ния в лабиринтовом уплотнении от числа щелей в нем

Коэффициент расхода р, согласно экспериментальным данным Б. М. Трояновского [18], зависит от формы кромки уплотнитель­ ного гребня. Эта зависимость показана на рис. II-42. Однако, как показывает опыт эксплуатации корабельных и стационарных тур-

Рис. 11-41. Зазор о в лабиринтовом уплотне­ нии в зависимости от диаметра уплотнения £>у

бин, после некоторого периода эксплуатации в результате воздей­ ствия рабочего тела и, главным образом, вследствие задеваний уп­ лотнительных гребней кромки их затупляются и закругляются. Это иллюстрируется рисунком П-43, на котором показан увели-

181

Рис. II-42. Коэффициент расхода для расчета утечки в лабиринтовом уплотнении

Рис. 11-43. Вид на гребни лабирин­ тового уплотнения после эксплуата-.

ции. Увеличение 10:1

ченный в 10 раз вид гребней лабиринтового уплотнения турбин, находящихся в эксплуатации.

Таким образом, представляется целесообразным при назначени коэффициента расхода по данным на рис. П-42 считать, что гребень имеет закругленные кромки, и коэффициент расхода изме­ няется в пределах ц = 0,95 -г- 1,0.

При выводе предыдущих формул имелось в виду, что лабирин­ товое уплотнение ступенчатого типа, в котором, можно считать, что скорость при переходе от одной щели к следующей полностью теряется.

Иногда по конструктивным сооб­ ражениям применяют прямоточное уплотнение, выполненное по схеме, изображенной на рис- П-44. В уплот­ нении этого типа скорость, приобре­ тенная в щели, гасится не полностью и частично используется в следую­ щей щели. Поэтому уплотнение по­ добного типа менее эффективно, чем ступенчатое лабиринтовое уплотнение.^Утечка в нем может быть опре-

Корпус

"Ш Ш

ния, если в них ввести поправочный коэффициент kv", на который помножается результат расчета. Поправочный коэффициент опре­

нием числа щелей z и при увеличении отношения — .Полученные

выше расчетные формулы и рекомендации относились к лабирин­ товым уплотнениям с одинаковым у всех лабиринтов сечением ще­ лей fi = /2 = ... = / z = / = const. При изменении сечения щелей вдоль уплотнения, например, в уплотнении радиального типа, утеч­ ки могут быть подсчитаны по формулам, полученным для уплотнения с f = const, если в них сделать подстановку / = / ср;^

~ V / i / z . Справедливость этой подстановки вытекает непосред­ ственно из вывода формулы (П-137).

183

Г л а в а III

РАБОТА ТУРБИНЫ НА ПЕРЕМЕННЫХ И АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ

Корабельные турбины значительную часть своего эксплуата­ ционного периода работают на режимах, отличающихся от рас­ четного, то есть на так называемых переменных режимах работы. Поэтому качество спроектированной корабельной турбины долж­ но оцениваться не только по показателям ее работы на расчетном режиме, но и на переменных режимах. Переменные режимы харак­ теризуются изменением ряда параметров, к которым относятся начальные и конечные параметры рабочего тела, расход его и чис­ ло оборотов турбины.

Изменение этих параметров меняет как режим работы турбины в целом, так и отдельных ее элементов: турбинных ступеней и ре­ шеток, составляющих ступени.

Следовательно, для того, чтобы определить основные показа­ тели качества работы турбины, то есть мощность ее и к. п.д. на ре­ жиме, отличающемся от расчетного, необходимо знать, как изме­ няется режим работы в каждой турбинной ступени. Но для этого достаточно знать новые значения основных параметров, опреде­ ляющих работу ступени. В § 1 предыдущей главы было показано, что основными параметрами, определяющими работу турбинной

ступени, могут быть отношение скоростей — и степень реактив­ но

ности р.

Поэтому нашей задачей в первую очередь и будет являться рас­ смотрение методов определения этих параметров на переменных режимах ступени по известным данным расчетного режима.

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ — НА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ

Но

РАБОТЫ СТУПЕНИ

Наибольшее отклонение значения — в ступени от величины, н0

соответствующей расчетному режиму, вызывает, прежде всего, из­ менение числа оборотов турбины при перемене скорости хода ко­

184

рабля.^Это вытекает из прямой пропорциональности между ок­ ружной скоростью и и числом оборотов п. Однако изменение чис­ ла оборотов турбины сопровождается также изменением ее мощ­

ности и расхода рабочего тела. Поэтому отношение скоростей

будет изменяться не только за счет перемены скорости вращения ротора, но также и за счет изменения расхода рабочего тела. Уве­ личение или уменьшение расхода приводит к изменению перепада тела в ступени из-за отклонения-параметров рабочего тела перед и за ступенью от значений, имеющих место на расчетном режиме.

Следовательно, чтобы оценить изменение —— в ступени на пере­

до менных режимах ее работы, необходимо знать зависимость началь­

ных и конечных параметров рабочего тела в ступени при измене­ нии расхода через турбину.

Остановимся на определении этой зависимости. Если принять неизменным расход через направляющую и рабочую решетки тур­

h u--\- hp — К, последнее уравнение можно переписать в следую­ щем виде:

185

или

Используя преобразования, которые выполнены при рассмот­ рении утечек через лабиринтовые уплотнения, разность, стоящую в скобках полученного уравнения, можно выразить следующим образом:

В нерегулируемых ступенях, проточная площадь которых не меняется с изменением мощности турбины, значения Ф и X при переменах режима работы ступени изменяются сравнительно на

186

небольшую величину, причем это изменение происходит в одну сторону, то есть при увеличении Ф увеличивается и X. Поэтому от­

ношение-^ на переменных режимах работы ступени можно счи­

тать постоянной величиной.

Объединив в уравнении (Ш-145) все постоянные величины и

R Ф

обозначив их £ = — • _ , получим

Такое же уравнение можно написать для расчетного режима, все параметры на котором являются известными величинами:

Поделив уравнение (Ш-146) на уравнение (III-147), получим

(III-148")

Полученные формулы (Ш-148) дают зависимость между пара­ метрами рабочего тела в ступени и весовым расходом его.

Если рассматривать не одну ступень, а группу ступеней или многоступенчатую турбину, состоящие из z ступеней, то для соот­ ветствующих ступеней рассматриваемой группы уравнение (Ш-146) можно переписать следующим образом:

187

Эту зависимость часто представляют в другом видё:

(Ш -150')

(Ш-15СГ)

Из вывода формулы Стодола—Флюгеля непосредственно сле­ дует, что применение ее для одной ступени или для группы, со­ стоящей из двух-трех ступеней, может дать неверный результат. В этом случае целесообразно пользоваться формулой (Ш-148), по­ лученной для одной ступени. При расчете с помощью этой форму­ лы группы ступеней необходимо вести расчет по отдельным ступе­ ням.

Условие, при котором возможно применение формулы Стодо­ ла—Флюгеля для одной ступени, может быть получено, если при­ равнять правые части выражений (Ш-148) и (Ш-150);

Преобразуя это равенство, будем иметь:

Таким образом, формула Стодола—Флюгеля применима для одной ступени в том случае, когда противодавление в ступени рг изменяется в той же пропорции, что и начальное давление ро. Это условие соблюдается в первых ступенях многоступенчатой турби­ ны. В последних двух-трех ступенях многоступенчатой турбины (и

189

особенно в последней), а также в турбинах, состоящих из одной или двух ступеней, указанное условие обычно не соблюдается и применение формулы Стодола—Флюгеля для этих ступеней будет приводить к определенным погрешностям.

Таким образом, в данном случае начальное давление перед ступенью при переменном расходе не зависит от изменения про­ тиводавления.

Если критический режим возник в последней или в промежу­ точной ступени многоступенчатой турбины, то во всех предыдущих ступенях расход не будет зависеть от изменения давления за сту­ пенью, работающей на критическом или сверхкритическом режи­ ме. Поэтому для всей группы ступеней, расположенных перед ней, будут справедливы формулы (Ш-152) и (Ш-152)'.

190