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

четном режиме. При степени же реактивности на расчетном режи­ ме, близкой к 50% ,она остается практически постоянной на всех режимах работы ступени.

представляет существенную величину по сравнению с теплоперепадом на рабочих лопатках Ари с величиной выходной энергии

201

Поэтому изменение входной энергии вызывает заметное из­

к заметным изменениям величин Ар и р.

Рис. 111-7. Изменение величины /1, в формуле (Ш-165) в зависимости от величины степени реактивности на расчетном режиме

В формуле (Ш-165) изменение треугольников скоростей, а сле-

НИИ — в скрытом виде отображается в изменении величин а и Ь.

котором изменения величин а и Ь практически не оказывают влия-

202

Формула (Ш-165) применима для определения степени реактивности на переменных режимах как в осевой, так и в радиаль­ ной ступени. Однако в последнем случае величина коэффициентов

а и b будет определяться не только значениями — и аь но также

D,

и значением параметра -у=~. На рис. III-8 и рис. Ш-9 пред-

‘-'I

ставлены зависимости коэффициентов а и Ь от указанных пара­ метров в радиальной центростремительной, ступени.

Следует отметить, что в центростремительной турбин­ ной ступени происходит более резкое изменение р при изме­

с0 турбине. На рис. Ш-Ю пред­

ставлена полученная расчетом по формуле (Ш-165) зависи-

и

мость р = / — в центростре

мительной турбине. При по­ лучении этой зависимости за расчетный режим принят ре­

и направляющими лопатками РТН-5Р, имеющими угол установки «уст = 14°30'. Расчетная зависимость, показанная на рис. Ш-10, совпадает с результатами опытов ЦНИМФ. Причина того, что даже при большом значении степени реактивности на расчетном режиме в радиальной турбине имеет место сравнительно большое

режимах радиальной турбины определяется не только изменением

203

lh

— в данном случае возникает непосредственная зависимость. При

определении по формуле (Ш-165) величины р на переменных ре­ жимах радиальной турбины необходимо иметь в виду, что в цен­ тростремительной турбине из-за более резкого изменения р и ко­ эффициента скорости ф, чем в осевой ступени при перемене режи­ ма работы турбины, коэффициент 0 в формуле (Ш-165) в большей с-тепени отличается от единицы, чем в осевой турбине.

§3. ИЗМЕНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА

ИМОЩНОСТИ ТУРБИНЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧИСЛА ОБОРОТОВ

ПРИ ПОСТОЯННОМ РАСХОДЕ

Зависимости вращающего момента и мощности от числа обо­ ротов называют внешними характеристиками турбины. Их необ­ ходимо знать при изучении поведения турбины ТЗА в ряде слу- > чаев: при снятии нагрузки, при торможении вала турбины внеш­ ним моментом, при реверсе, при трогании с места и т. д.

Для выяснения принципиальной стороны вопроса рассмотрим работу турбинной ступени, сделав предположения, что объемный расход рабочего тела, а следовательно, и осевые скорости с]а и

с2а, при различных числах оборотов остаются неизменными. Не­

изменным остается также при различных скоростях вращения со­ стояние рабочего тела при выходе из направляющего аппарата и с рабочих лопаток.

При сделанных предположениях будем иметь, что Ci= c,p = = const и да2’= m)p = const (где индекс р относится к расчетному

режиму), и треугольники скоростей при расчетных числах оборо­ тов и при любых других будут иметь вид, представленный на рис. Ш-11.

Вращающий момент на расчетном режиме равен

205

Из рис. III-li следует, что с1ц± с,ц = (cJllp ± c2llp) -f- up — и.

Это равенство будет иметь место при любом виде выходного тре­

Рис. 111-11. Треугольники скоростей в турбинной ступени при различных ско­ ростях вращения

вии с формулами (III-167) и (Ш-168) значениер можно выразить следующим образом:

Ч± ч

Наибольшее значение относительного момента, очевидно, равно

ип

Сравнивая выражения (111-169) и (III-170), можно видеть, что

Согласно этому уравнению, выражение для момента при лю­ бой скорости вращения будет иметь следующий вид:

206

Из этого выражения видно, что между вращающим моментом и числом оборотов существует линейная зависимость, показанная на рис. Ш-12. При неподвижной турбине (п = 0) момент дости­ гает максимального значения и равен

и— и ___£ms*__

Вдействительных условиях вся нагрузка с турбины снята быть

не может, и если бы прочность ротора позволила пустить машину в разгон, вращающий момент снижался бы не до нуля, а до вели­ чины, равной моменту сил вредных сопротивлений, и при числе оборотов ftmax<wmaxt наступило бы установившееся движение.

Выражение для мощности 7V, развиваемой турбинной ступенью при различных скоростях вращения, найдется из следующих со­

показан на рис. Ш-12.

207

Для использования полученных зависимостей необходимо знать величину ртах. Для этого преобразуем выражение (Ш-170):

Таким образом, согласно формуле (III-I76) величина р.тах на­ ходится обычно в пределах 1,5 -*-2,0. Однако необходимо иметь в виду, что в начале выводов было сделано ряд предположений, ко­ торые на самом деле не соответствуют действительности.

Так, например, с изменением скорости вращения изменяются

и

отношения — , степени реактивности, весовой и объемный расхо-

со

ды. а следовательно, и скорости потока в ступени. Поэтому опыт­ ная величина ртах, как правило, больше вычисленной по формуле (Ш-176). Согласно опытам И. И. Кириллова [40], проведенным на двух турбинных ступенях активного и реактивного типа, величина ртах может быть определена из выражения •

%

Однако следует отметить, что эти величины ргпах соответст­ вуют ступеням с современным типов облопачивания.

208

Ступени с профилями рабочих лопаток старого типа с острыми входными кромками имеют меньшее значение ршах, соответст­ вующее рекомендациям Флюгеля [69]

Особенно резкое снижение (приблизительно в 2 раза) р.шах по сравнению с величиной, получающейся по формуле (Ш-177), бу­ дет в ступенях, перерабатывающих большие теплоперепады и имеющие сверхзвуковые скорости на входе в рабочие лопатки (.на­ пример, в ступени турбины заднего хода). Последнее обстоятель­ ство объясняется тем, что при п —0 рабочее тело входит на рабо­ чие лопатки с большими углами атаки. Это„ в свою очередь, в ра­ бочих решетках с острыми кромками и особенно при наличии больших скоростей на входе будет значительно повышать сопро­ тивление рабочей решетки и снижать коэффициент расхода через решетку, уменьшая вращающий момент7Итах по сравнению с вели­ чиной, подсчитанной по формуле (Ш-177) и даже (Ш-176).

Если в процессе изменения скорости вращения число рабо тающих в турбине ступеней не изменяется, то формулы (Ш-173) и (Ш-175) могут быть применимы не только для отдельных ступе­

§4. АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТЗА

Впрактике корабельного инженер-механика могут иметь место случаи, когда возникает необходимость оценить, к каким послед­ ствиям приведет эксплуатация ТЗА при отсутствии в турбине в результате аварии ряда рабочих лопаток или ступени в целом. В этих случаях, очевидно, необходимо будет установить изменение условий, в которых будут работать оставшиеся ступени и опреде­

лить режим для безопасной их работы.

Кроме того, необходимо выяснить величину максимальной мощности и числа оборотов, развиваемых аварийным турбоагрега­ том, для определения соответствующей скорости корабля.

Рассмотрим наиболее вероятные случаи работы аварийной тур­ бины при отсутствии части облопачивания. К таким случаям отне­ сем работу турбины с удаленными рабочими лопатками одной из промежуточных или последней ступени, с полностью удаленной ступенью (одной из промежуточных или последней) и без рабо­ чих лопаток регулировочной ступени.

1. Работа турбины с удаленными рабочими лопатками промежуточной или последней ступени

При удалении рабочих лопаток турбинной ступени кинетиче­ ская энергия, приобретенная рабочим телом в соплах, не исполь­ зуется для производства полезной работы и переходит в тепло, по­ вышающее энтальпию рабочего тела до величины, соответствую­ щей при входе в аварийную ступень (рис. Ш-13,а). Если среди ступеней* расположенных за аварийной, имеются ступени, рабо­ тающие не на влажном паре, то температура перед этими ступе­ нями повышается, что, согласно формулам (Ш-148) и (Ш-150), при постоянном расходе вызовет некоторое повышение давления и теплоперепадов в них. Однако это увеличение давления и теплоперепадов в ступенях, следующих за аварийной, незначительно, и при количественной оценке работы аварийной турбины им можно пренебречь.

Рис. III-I3. К определению изменения параметров рабо­ чего тела при удалении рабочих лопаток промежуточной ступени: а) процесс расширения в турбине в нормальных и аварийных условиях; 6) то же в аварийной ступени, имеющей р > О

Если аварийная ступень в нормальных условиях имела степень реактивности, близкую к нулю, то при удалении рабочих лопаток условия работы диафрагмы аварийной ступени практически не из­ меняются. Поэтому применять специальные ограничения в работе аварийной турбины не требуется. Расход рабочего тела остается прежним, а мощность турбины уменьшается на величину мощ­ ности аварийной ступени. При большой степени реактивности в аварийной ступени после удаления рабочих лопаток давление за

210