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

Чтобы избежать перегрузки диафрагмы, необходимо расход в тур­ бине уменьшить таким образом, чтобы разность давлений по обе стороны диафрагмы оставалась бы без изменений, то есть

Роа Pia =~ Ро

Зависимость между давлениями и расходом при докритическом течении в соплах до и после аварий для последней ступени опре­ деляется выражением (Ш-148), полученным в § 1 настоящей гла­

вательно, расход в аварийной турбине при отсутствии рабочих ло­ паток в последней ступени должен быть

Как было сказано в § 1 настоящей главы, в промежуточной ступени давление за ступенью так же, как и давление перед ней, изменяется приблизительно пропорционально расходу. Поэтому расход, обеспечивающий равенство разности давлений по обе сто­ роны диафрагмы, найдется из выражения:

или

Pi

где рн = р2.

211

При сверхкритическом течении в соплах аварийной ступени До и после аварии зависимость между давлениями и расходом, со­ гласно формуле (Ш-152), имеет следующий вид:

откуда

Р о » = - % - р 0.

Следовательно, условие равенства давлений по обе стороны диафрагмы можно выразить уравнением

О*

В общем случае в соплах может иметь место докритическое течение, которое после удаления рабочих лопаток перейдет в сверхкритическое. В этом случае при уменьшении давления за диа­

фрагмой до величины р 1кр расход необходимо уменьшать согласно формуле (Ш-179) или (Ш-178) для последней ступени, а даль­ нейшее уменьшение расхода, соответствующее уменьшению про­

212

При уменьшении расхода через турбину с удаленными рабочи­ ми лопатками одной из ступеней мощность турбины снизится за счет выключения из производства полезной работы аварийной сту­ пени, а также за счет уменьшения расхода рабочего тела и изме­ нения к. п. д. турбины.

Величина мощности аварийной турбины будет составлять

на аварийном режиме, подсчитать относительное число оборотов на валу аварийного ТЗА

а- = 1 3/ Ж

яV ' N,

По найденному отношению чисел оборотов с помощью кривых

Т]е

на рис. V-3 и V-6 определится приближенное значение — кото- 'Пе

рое позволит уточнить значение 7Vea.

213

Следует отметить, что при отсутствии рабочих лопаток в по­ следней ступени, имеющей, как правило, большую степень реак­ тивности (не меньше 50%), для обеспечения нормальной нагрузки на диафрагму этой ступени приходится значительно сокращать расход через турбину. При этом мощность турбины значительно ■снижается. Поэтому в данном случае для обеспечения нормальной нагрузки на диафрагму экономически более целесообразным яв­ ляется не снижение расхода, а увеличение давления в главном конденсаторе таким образом, чтобы давление за турбиной повы­ силось до величины, соответствующей давлению в узком сечении сопел последней ступени на нормальном режиме.

Расход через турбину при этом останется прежним, а мощ­ ность турбины уменьшится только на величину мощности послед­ ней ступени. В этом случае

При удалении не только рабочих лопаток, а всей ступени в це­ лом давление за аварийной ступенью при неизменном расходе, как и в предыдущем случае, изменится незначительно только за счет повышения температуры, вызванного ухудшением к. п.д. сту­ пеней, предшествующих удаленной. Поэтому для решения практи­ ческих задач это давление можно принимать неизменным. Следо­ вательно, при удалении одной из ступеней увеличивается перепад тепла и давлений, приходящийся на ступени, предшествующие уда­ ленной. Особенно сильно возрастет теплоперепад в последней сту­ пени группы предшествующих ступеней, то есть в ступени, распо­ ложенной непосредственно перед удаленной ступенью.

Если эта ступень на нормальном режиме работала с критиче­ скими или околокритическими скоростями, то изменение противо­ давления не повлияет на величину давления перед ступенью и весь теплоперепад удаленной ступени придется на долю рассмат­ риваемой ступени, как показано на рис. Ш-14.

Если в ступени, расположенной непосредственно перед удален­ ной, на нормальном режиме скорости были докритические, то теп­ лоперепад увеличится не только в этой ступени, но и во всех пред­ шествующих ступенях. Однако и в, этом случае больше всего воз­ растут перепады тепла и давлений в ступени, которая находится

тиводавление р2г в этой ступени при неизменном расходе умень­

214

шилось в 1,25 раза до величины р'2 , тогда новое значение давле­ ния перед ступенью р0^ согласно формуле (Ш-148) определится

но давление перед последней сту­ пенью равно давлению за предпо­ следней ( г — 1)-й ступенью, следо­ вательно,

Р2_1 = А»,

P^z—l Р*ъ

______ Л , _____

l,25/>0z — 0,45/72z

в 1,07 раза. Соответственно увеличение перепадов давлений в сту­ пенях по направлению от последней ступени к первой также уменьшается.

Изменение процесса расширения в ступенях, предшествующих удаленной, при докритическом течении в ступени, расположенной рядом с удаленной, показано в диаграмме i — s на рис. Ш-15. Та­

215

ким образом, после удаления одной из ступеней (промежуточной или последней) наиболее сильно возрастает нагрузка на диафраг­ му и рабочие лопатки ступени, расположенной непосредственно перед удаленной.

Для определения перепада давлений и теплоперепада в этой ступени при неизменном расходе необходимо знать величины да­ влений перед и за ступенью. Как уже было установлено, противо­ давление р2я равно давлению за удаленной ступенью на нор­

мальном режиме. Начальное давление в этой ступени на аварий­

Таким образом, при удалении ступени не представляет труда определение в предшествующей ступени, воспринимающей на себя всю или большую часть нагрузки удаленной ступени, пере­

216

пада давлений, а также и перепада тепла. Последний может быть определен из диаграммы i—s либо по известному выражению

Po*V°*

в котором приближенно можно считать, что

Но для определения условий, при которых нагрузки на диа­ фрагму и рабочие лопатки наиболее нагруженной предшествую­ щей ступени останутся без изменений, необходимо знать основные режимные параметры этой ступени на аварийном режиме и вели­ чину давления между соплами и рабочими лопатками. Определе­ ние этих величин можно сделать довольно точно, произведя рас­ чет аварийной турбины методом расчета на переменных режимах, изложенным в гл. V.

Однако такой расчет требует сравнительно большего количе­ ства времени и наличие подробных данных по расчету турбины на нормальном режиме. В практических условиях более приемле­ мым будет приближенное определение указанных величин. Для этого в первом приближении можно принять, что мощность тур­ бины при удалении ступени уменьшилась на величину мощности удаленной ступени, то есть

Л/ез — Ne А^уд. сх.

Тогда отношение чисел оборотов на аварийном и нормальном ре­ жимах i

Ne

еа

We 1

Отношение — в предшествующей ступени на аварийном ре-

со

жиме определится из соотношения

J L \ ~ J L . ± L i / X

/. с0 п V Ааав '

По найденному значению (— ] с помощью формулы (Ш-165)

определится степень реактивности в той же ступени на аварийном режиме ра.

217

Йз формулы для определения степени реактивности в виде

k-l

к

1Ри

Роа

к—1

к

1 -

можно определить давление между соплами и рабочими лопатка­ ми рассматриваемой ступени на аварийном режиме р ]а. При этом

с достаточной точностью можно пользоваться приближенным вы­

до которой должен быть снижен расход рабочего тела через тур‘- бину на аварийном режиме, чтобы нагрузка на диафрагму рас­ сматриваемой ступени не превышала нагрузки на нормальном ре­ жиме. Эта величина найдется по формуле (III-184) и будет равна

2 1/ (Po— Pi) Pi — P la

[при аварии последней ступени О / определяется по формуле (III-183)]. Однако может оказаться, что для-обеспечения нормаль­ ной нагрузки на рабочие лопатки расход необходимо снизить в большей степени. Поэтому в данном случае требуется также опре­ делять величину расхода на аварийном режиме, при котором на­ грузка на рабочие лопатки не будет превышать ее величины при нормальных условиях работы турбины. Эта величина найдется из следующих соображений.

Для сохранения неизменных напряжений в рабочих лопатках необходимо, чтобы окружное усилие на лопатках Ри' оставалось

218

Поделив последние равенства одно на другое, будем иметь

Мощность турбины на аварийном режиме в данном случае будет равна

(III-188)

У с

Величина -^р- в этом уравнении может быть определена толь­

ко после поступенчатого расчета всей турбины на аварийном ре­ жиме. Для практических расчетов, не требующих большой точ­

ности, эта величина может быть приближенно определена по —

7)

с кривых на рис. V-3. Значение —— приблизительно будет равно

"^le

,так как в данном случае ухудшение к. п.д. турбины

будет происходить как за счет уменьшения окружной скорости, так и за счет сокращения числа работающих ступеней.

219

нее принятой величиной, в произведенный расчет необходимо ввести соответствующие коррективы.

Как и в случае удаления рабочих лопаток последней ступени, при удалении всей последней ступени также экономически более целесообразным является не снижение расхода, а увеличение давления в главном конденсаторе таким образом, чтобы давление за турбиной повысилось до величины, соответствующей давлению за предпоследней ступенью в нормальных условиях. Однако при этом необходимо иметь в виду, что температура на выхлопе из турбины в этом случае повышается, и следует убедиться, что она не будет превышать допускаемых пределов.

Кроме того, работа аварийной турбины при увеличенном давле­ нии в главном конденсаторе предъявляет повышенные требования к эксплуатации, так как небольшое углубление вакуума при неиз­ менном расходе приведет к перегрузке предпоследней ступени,что может вызвать аварию.

Мощность турбины с удаленной последней ступенью при увели­ чении давления за турбиной уменьшится на величину мощности

последней ступени и будет равна

/

N e = ( N c- N n0Cll.CT.) ^ l 1 .

■»1с

3, Работа турбины без рабочих лопаток регулировочной ступени

При работе регулировочной ступени без рабочих лопаток кине­ тическая энергия, которой обладает рабочее тело на выходе из сопел, полностью теряется для производства полезной работы в турбине и расходуется на повышение энтальпии перед нерегули­ руемыми ступенями до величины, равной энтальпии при входе в регулировочную ступень. В результате этого температура в каме­ ре регулировочного колеса становится больше, чем при нормаль­ ных условиях, и за счет повышения температуры несколько воз­ растает давление перед нерегулируемыми ступенями. Если темпе­ ратура повысилась от величины 7в на нормальном режиме до ве­ личины Тс в аварийной турбине, то давление перед нерегулируе­ мыми ступенями на аварийном режиме будет равно

* . = * V

220