Турбинные решетки.
Устройство и принцип действия осевой турбинной ступени. Треугольники скоростей.
Процесс в осевой турбинной ступени в h-s диаграмме.
Лекция 3 10.03.2023
Основные уравнения и формулы, используемые для расчета движения водяного пара в проточной части турбинных ступеней
Уравнение состояния (1) для изоэнтропийного течения газа: |
х=ср/сv |
для перегретого пара хпп=1,3, а для сухого насыщенного пара – хнас=1,135.
Уравнение неразрывности (2) одномерного движения при отсутствии массообмена с внешней средой (dG/G=0) выражается формулами массового G, кг/с и объемного Q, м3/с расходов: 
для каналов турбинных решеток используется выражение Gvt= сtF, где =G/Gt - коэффициент расхода
Уравнение сохранения энергии (3) для совершенного (идеального) газа при введении параметров торможения и энтальпии представляется в различных формах:
С использованием скорости звука а (скорости распространения слабых возмущений в упругой среде) и критической скорости а (скорости потока, равной местной скорости звука) запись уравнения сохранения энергии следующая (4):
0,5c |
2 |
|
a2 |
x 1 a 2 |
где |
|
|
x 1 |
x 1 2 |
||||
|
|
|
|
|
* |
|
Значение газовой постоянной
для перегретого пара по R=464 кДж/(кг К) модели совершенного газа
и
Формула массового расхода (5)
2
ТУРБИННЫЕ РЕШЕТКИ
Рис. Кольцевая турбинная решетка (изображен только сектор решетки)
Рис. Развертки профилей турбинных решеток:
а— решетка с каналами сильно уменьшающегося сечения;
б— решетка с каналами слабо уменьшающегося сечения;
в— решетка с каналами типа сопл Лаваля
3
Рис. Кольцевая турбинная решетка (изображен только сектор решетки)
4
Рис. Развертки профилей турбинных решеток:
а— решетка с каналами сильно уменьшающегося сечения;
б— решетка с каналами слабо уменьшающегося сечения;
в— решетка с каналами типа сопл Лаваля
5
Конструкция турбинной ступени осевого типа и процессы преобразования энергии в ней
Ru = G(C1сosα1 + C2сosα2) = G(W1сosβ1 + W2сosβ2)
Рис. Конструкция турбинной ступени (а) и ее упрощенное представление (б) |
|
1 – диафрагма; 2 – сопловая решетка; 3 – обойма; 4 – рабочая решетка; 5 – диск; |
Рис. Проточная часть каналов решеток турбинных ступеней 6 |
6 – фрагмент ротора; 7 – диафрагменное уплотнение; 8 – надбандажное уплотнение |
|
7
Рис. Треугольники скоростей для турбинной ступени осевого типа:
входной треугольник: С1 – абсолютная скорость водяного пара на выходе из сопловой решетки; W1 – относительная скорость входа потока в рабочую решетку;
U – окружная составляющая скорости (U= dn);
выходной треугольник: С2 – абсолютная скорость водяного пара на выходе из рабочей решетки;
W2 |
– относительная скорость выхода потока из рабочей решетки |
8 |
|
|
H ос h0 h1t
0,5с02+h0=0,5c1t2+h1t
c1t 
2(h0 h1t ) c02 
2H oc . (6)
|
H |
c |
|
c |
2 c |
2 |
1 2. (7) |
||
c |
|
|
|
|
1t |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
c 2 |
|
|||
|
|
|
|||||||
|
|
H oc |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1t |
|
|
0,98 0,008b1 / l1, (8)
Hc 0,5(1 2 )c1t 2. (9)
Hор h1 h2t
h1+0,5w12=h2+0,5w22
w2t 
2(h1 h2t ) w12 
2Hор w12 .(10)
|
|
|
|
|
H p |
|
|
|
w |
2 w |
2 |
1 2 |
|
|
|
|
|
||||
p |
|
|
|
|
|
|
|
2t |
|
2 |
|
(11) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
w 2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
H |
op |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2t |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
0,5w 2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
H |
op H |
0 p |
(12) |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
H |
p |
(1 2 )(H |
op |
0,5w 2 ) 0,5(w |
2 |
w |
2 ) |
(13) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2t |
2 |
|
||||||
h2=h2t+ Hр h0-h2t=Н0
|
0 |
H |
|
0,5c 2 |
|
H |
0 |
(15) |
|||
|
|
|
0 |
|
E0 H 0c H0 p H 0 (16)
Нвс=0,5с22
E0 H 0 вс Hвс H 0 (17)
Lu E0 Hc H p (1 вс ) Hвс (18)
=0,96-0,014b2/l2 (14) |
Рис. Процессы расширения водяного пара в сопловой решетке (а), рабочей решетке (б), для турбинной ступени (в) |
и фрагмент процесса за ступенью с учетом степени использования энергии с выходной скоростью (г) |
H ос h0 h1t
0,5с02+h0=0,5c1t2+h1t
c1t 
2(h0 h1t ) c02 
2H oc .
c |
|
Hc |
|
c1t 2 c12 |
1 2. |
||
|
|
|
c 2 |
||||
H oc |
|||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
1t |
|
|
0,98 0,008b1 / l1,
Hc 0,5(1 2 )c1t 2.
10
Hор h1 h2t
h1+0,5w12=h2+0,5w22
w |
2(h h |
) w 2 |
2H |
ор |
w 2 . |
|||||||||
2t |
|
|
|
|
|
1 |
2t |
|
1 |
|
1 |
|||
|
|
H p |
|
w |
2 w |
2 |
1 2 |
|
|
|||||
p |
|
|
|
|
|
2t |
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
w 2 |
|
|
|
||||||
|
H |
op |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2t |
|
|
|
|
|
|
||
H op H0 p 0,5w12
H p (1 2 )(Hop 0,5w12 ) 0,5(w2t 2 w22 )
=0,96-0,014b2/l2 h2=h2t+ Hр
11
h0-h2t=Н0
H 0 H0 0,5c02
E0 H 0c H0 p H 0
12
Нвс=0,5с22
E0 H 0 вс Hвс H 0
Lu E0 Hc H p (1 вс ) Hвс
13
|
|
|
H0 p |
|
H0 p |
|||
|
|
|
|
|
|
(19) |
||
|
|
|
|
|
|
|||
H 0c H0 p |
|
|||||||
|
|
|
|
H 0 |
||||
Ступень с =0 называют чисто активной
Турбинные ступени с =0,4-0,6 называют реактивными.
14