Относительный внутренний КПД турбинной ступени. Потери трения диска и лопаточного бандажа.
Потери при парциальном подводе водяного пара в турбинную ступень. Потери от утечек в турбинной ступени. Лабиринтовые уплотнения.
Потери от влажности водяного пара. Зависимость ηoi=f(u/cф) для турбинной ступени.
Лекция 6 31.03.2023
Относительный внутренний КПД турбинной ступени
Относительный лопаточный КПД ( ол) турбинной ступени
|
|
N |
u |
|
L G |
|
L |
E0 |
Hc H p |
(1 вс ) Hвс |
1 c p (1 вс ) вс |
||
ол |
|
|
|
u |
|
u |
|
|
|
|
|
||
|
N0 |
E0G |
|
|
|
E0 |
|
||||||
|
|
|
|
E0 |
|
|
|
||||||
с, р – коэффициенты потерь в сопловой и рабочей решетках,вс - коэффициент потерь с выходной скоростью по отношению к располагаемой энергии ступени Е0.
ол |
u(c1 cos 1 c2 cos 2 ) |
|
u(w1 cos 1 w2 cos 2 ) |
|||||
|
|
|||||||
|
E0 |
|
|
|
|
E0 |
|
|
Относительный внутренний КПД ( оi) турбинной ступени |
оi |
Ni |
GHi |
Hi |
||||
N0 |
||||||||
|
|
|
|
|
GE0 |
E0 |
||
Относительный внутренний КПД оi определяют по значению ол за вычетом суммы дополнительных потерь, оцениваемых следующими коэффициентами потерь:
-от трения диска и лопаточного бандажа трд;
-связанных с парциальным подводом водяного пара парц;
-от утечек в диафрагменных и надбандажных уплотнениях у= уд+ уб;
-от влажности рабочей среды вл.
оi= ол - ( трд+ парц+ у+ вл )
2
Потери от трения диска и лопаточного бандажа
Рис. Схема формирования потерь от трения диска (а) и зависимость для определения коэффициента трения kтр (б)
Мощность Nтр, затрачиваемая на преодоление сил аэродинамического сопротивления |
Nтр=kтрu3d3/(2v) |
где d – средний диаметр ступени, u – окружная скорость, v – удельный объем пара: kтр – коэффициент трения, зависящий от режима течения в зазоре (Reu=ud/ ) и относительного зазора s/rд
Диапазон значений коэффициента трения kтр=(0,45…0,8) 10-3
Относительные потери на трение диска
д |
|
kтр d 2 |
( |
u |
)3 |
|
kтр d |
( |
u |
)3 |
|
тр |
|
|
|
|
|
|
(1) |
||||
F1 |
cф |
|
cф |
||||||||
|
|
|
|
el1 sin 1э |
|
|
3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери при парциальном подводе водяного пара в турбинную ступень
Рис. А. Организация подвода водяного пара в турбину с двухкорпусным |
Рис. Б. Организация подвода |
водяного пара в турбину с |
|
исполнением ЦВД |
однокорпусным ЦВД |
1 – опорные лапы наружного корпуса ЦВД; 2 – вертикальные шпонки наружного корпуса; 3 – трубопроводы подвода пара от РК к сопловым коробкам регулирующей ступени; 4
– патрубок отбора пара в ПВД регенеративной системы ТУ; 5 – выходные патрубки ЦВД; 6 – продольные шпонки между внутренним 11 и наружным 12 корпусами; 7 – опорные лапки внутреннего корпуса; 8 – окружные (вертикальные) шпонки; 9 – объем сопловой коробки с сегментами сопловой решетки регулирующей ступени; 10 – входной патрубок; 11 – внутренний корпус; 12 – наружный корпус; 13 – коллектор системы обогрева шпилек фланцевого соединения нижней и верхней частей наружного корпуса ЦВД; 14, 15 – шпильки с колпачковыми гайками; 16 – элементы парового обогрева фланцев наружного корпуса; 17 – нижняя часть наружного корпуса; 18 – нижняя часть внутреннего корпуса; 19 – пазы (выборки) в наружном корпусе для установки опорных лапок внутреннего корпуса; 20 – фикспункт системы корпусов ЦВД, включая корпус сопловой коробки4
Потери при парциальном подводе водяного пара в турбинную ступень
дополнительные потери в ступени, связанные с парциальностью
парц= в+ сегм (5)
для одновенечной ступени
eопт (4...6) |
el1 |
|
|
(6) |
|
для двухвенечной ступени |
|
||||
eопт (2,5...4) |
|
|
|
(7) |
|
|
el1 |
||||
Рис. Схема движения рабочей среды по концам дуг ее подвода в парциальной ступени
e=z1t1/( dср) (2)
z1t1 - длина окружности, занятой каналами сопловой решетки, через которые осуществляется доступ водяного пара к рабочей решеткеdср - общая длина окружности, определяемая по среднему диаметру dср
Вентиляционные потери |
в |
kв |
|
1 e ( |
u |
)3 m |
||||
sin 1э |
|
|
||||||||
|
|
e |
cф |
|||||||
Сегментные потери |
сегм 0,25 |
B2l2 |
( |
u |
) ол i |
|||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
F1 |
|
cф |
|
|
||
(3)где значение коэффициента kв=0,065, m – число венцов турбинной ступени (для одновенечной m=1, а двухвенечной m=2)
где F1 – площадь выходного сечения сопловой решетки, В2 – ширина
(4)рабочей решетки, l2 – высота ее лопаток, i – число пар концов 5 сопловых сегментов (обычно i=4).
Потери от утечек в турбинной ступени. Лабиринтовые уплотнения.
Рис. Схема утечек в турбинной ступени (а), схемы ступенчатого и прямоточного типов уплотнений (б) и диаграммы изменения параметров пара в ступенчатом уплотнении (в)
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
1 z |
2 |
|
|
|
расход через уплотнение Gу у Fу |
|
|
p |
|
|
(8) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
||||
v0 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
6 |
|||||||
Потери от утечек в турбинной ступени. Лабиринтовые уплотнения.
Рис. Коэффициенты расхода для уплотнений с различной формой гребней (а) и поправочный коэффициент для прямоточного уплотнения (б)
критическое значение отношения давлений в уплотнении |
кр |
упл |
|
|
кр |
отв |
(9) |
|
z(1 |
кр отв ) кр отв |
|||||
|
|
|
|
|
|||
7
Потери от утечек в турбинной ступени. Лабиринтовые уплотнения.
Рис. Конструкция диафрагменного уплотнения
1 - паз в теле диафрагмы; 2 - пластинчатая пружина; 3 - сегмент диафрагменного уплотнения (обычно их шесть-восемь штук); 4 - гребни уплотнения; 5 - ротор; 6 - выступы на роторе; 7 - тело диафрагмы
коэффициент потерь от утечек в диафрагменном уплотнении |
д у |
у k |
у Fу |
|
ол |
(10) |
||
|
|
|
|
|
||||
F |
|
z |
||||||
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
где kу – поправочный множитель, значение которого для прямоточной схемы уплотнения находят по данным рис. б, а для ступенчатого уплотнения kу=1; у – коэффициент расхода уплотнения (рис. а); z – число гребней диафрагменного уплотнения (см. рис.); F1 – площадь
выходного сечения сопловой решетки; 1 – коэффициент расхода сопловой решетки.
8
Потери от утечек в турбинной ступени. Лабиринтовые уплотнения.
Рис. Зазоры в периферийной части турбинных ступеней
а – рабочая решетка с бандажом; б - рабочая решетка без бандажа
|
|
dпер Э |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
ср 1,8 |
l |
2 |
|
|
|
|
коэффициент потерь от утечек в надбандажном уплотнении у |
|
|
|
|
|
ол |
(11) |
||
F1 |
d |
|
|||||||
|
|
|
|
ср |
|
||||
где dпер – диаметр по периферии рабочих лопаток; Э – эквивалентный зазор периферийного уплотнения; ср – степень реактивности на среднем диаметре ступени
|
|
|
|
1 |
|
z |
|
|
1 |
|
|
эквивалентный зазор периферийного уплотнения |
|
Э |
{ |
|
} |
2 |
(12) |
||||
|
|
|
|||||||||
( а а )2 |
( r r )2 |
|
|||||||||
для рабочей решетки с бандажом |
|
|
|
|
|
|
|||||
эквивалентный зазор периферийного уплотнения |
|
|
|
Э=0,75 r. |
|
|
|
(13) |
|||
для рабочей решетки без бандажа |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
Потери от влажности водяного пара.
Рис. Процессы расширения влажного пара (а) и треугольники скоростей для основного потока и частиц влаги в характерных сечениях решеток последних ступеней (б)
коэффициент потерь от влажности вл=0,5а(y0+y2) |
(14) |
где y0, y2 – степени влажности, соответственно, на входе в сопловую решетку и на выходе из рабочей решетки турбинной ступени, а=0,4…1,4 – коэффициент, зависящий от конструкции ступени и ее параметров
коэффициент потерь от влажности с учетом параметра u/cф вл=2u/сф[0,9y0+0,35(y2-y0)] |
(15) |
10