Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Проектирование и эксплуатация турбин АЭС» для специальности 1-43 01 08 «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций»

характеризуется точками аII, аIII, аIV, расположенными на линии аб, которая соответствует процессу течения пара с трением в трубе постоянного сечения и называется линией Фанно.

Так как процесс течения в уплотнении по состоянию пара в камерах уплотнения аналогичен процессу дросселирования, температура пара вдоль уплотнения изменяется незначительно. Поэтому в переднем концевом уплотнении турбины температура за первым отсеком уплотнения близка к температуре пара за первой ступенью турбины.

Удвоение числа щелей в уплотнении приводит к уменьшению теплоперепада, приходящегося на одну щель, приблизительно в 2 раза. Следовательно,

щая эти рассуждения для любого числа гребней, можно сделать вывод, что расход пара через уплотнение обратно пропорционален корню квадратному из

Расход пара через ступенчатое уплотнение с заданным числом гребней и их геометрией может быть определен совместным решением уравнения неразрывности (3.32):

где μу- коэффициент расхода щели уплотнения; Fу - площадь зазора в уплотнении;

Формула (3.32) соответствует течению пара в ступенчатом уплотнении. При больших температурных удлинениях ротора относительно статора в месте расположения уплотнения приходится отказываться от уплотнения ступенчатого типа, так как в этом случае расстояния между гребнями уплотнения становятся очень большими, и заменять его более компактным уплотнением прямоточного типа. Течение пара в прямоточном уплотнении отличается тем, что

вкамерах между гребнями поток тормозится не полностью. Кинетическая энергия струи пара из предыдущей щели только частично переходит в теплоту

врезультате неполного торможения, другая часть ее расходуется на ускорение потока в последующей щели. Поэтому расход пара через щель прямоточного уплотнения существенно больше, чем ступенчатого, и формула (3.32) при этом записывается следующим образом (3.33):

115

где kу - поправочный коэффициент, зависящий от расстояния между гребнями и величины зазора.

Приведенные формулы и описание процессов течения в уплотнениях относятся как к уплотнениям в ступени, так и к концевым уплотнениям цилиндров турбины.

Рассмотрим влияние утечек в ступени на ее КПД. Как указывалось, в ступени различают четыре вида утечек. Пар проходит через диафрагменное уплотнение мимо сопловой решетки и не совершает полезной работы. Поэтому полезная энергия всего потока пара активной ступени G уменьшается на величину Gу H0ηо.л. . Чтобы получить относительные потери энергии в ступени

от этих утечек, необходимо потерянную с утечкой энергию разделить на располагаемую энергию ступени Gу H0 (3.34):

Утечка пара через зазоры по бандажу рабочих лопаток также не совершает работы и зависит от размеров зазоров и степени реактивности у периферии рабочих лопаток ρп. Относительная величина потери от протечки через периферийные зазоры ступени (3.35):

где dп – периферийный диаметр рабочих лопаток;

δэ - эквивалентный зазор периферийного уплотнения, который зависит конструкции надбандажных уплотнений и наличия бандажа;

F1 - площадь на выходе из сопловых лопаток; ρср - степень реактивности на среднем диаметре; l - высота лопаток;

d - средний диаметр ступени.

3.6.3 Потери от влажности

Потери от влажности возникают в ступенях турбины, через которые течет влажный пар. Для конденсационных турбин тепловых электростанций - это последние cтупени, для турбин атомных электростанций, работающих па

116

Рассмотрим физическую причину возникновения первой составляющей потери от влажности, т.к. она имеет значение и для работы турбины с точки зрения надежности. В сопловой и рабочей решетках относительно крупные частицы влаги движутся с отставанием от паровой фазы, скорость капель влаги существенно меньше скорости пара. Отношение скорости капель влаги к ско-

бинной ступени при течении влажного пара можно построить треугольники скоростей, как для паровой фазы, так и для капель влаги (рисунок 3.16). Так как скорость капель влаги на выходе из сопловой решетки в абсолютном движении мала, относительная скорость капель на входе в рабочие лопатки направлена под большим углом к входной кромке рабочей лопатки и относительно большая по значению. При ударе капель влаги о входную кромку лопатки со стороны ее спинки создается тормозной момент па роторе и, следовательно, возникают потери энергии в ступени. При ударе капель влаги о входную кромку в материале лопаток возникает разрушение, называемое эрозионным износом.

Сложность явлений при течении влажного пара не позволяет разработать методику точного расчета потерь энергии от влажности пара. Основными факто-рами, влияющими на потери от влажности в ступени, являются влажности перед ступенью у0 = 1 - х0 и за ступенью у2 = 1 – х2, отношение скоростей ,

атакже дисперсность влаги.

Впрактике расчетов широко используется приближенная формула оценки потерь от влажности (3.36) и формула МЭИ, которая показывает влияние отношение скоростей на потери от влажности (3.37):

Как показывают опыты, коэффициент а в формуле (3.36) изменяется в широких пределах - от 0,4 до 1,4 и более в зависимости от конструкции, параметров и условий работы ступени. Для предварительных расчетов коэффициент а принимают равным 0,8 - 0,9.

3.6.4Потери с парциальном подводом пара в ступени

Вступенях паровых турбин с малым объемным пропуском пара Gv, когда выходные площади решеток малы, применяется парциальный подвод пара.

118

Парциальный подвод пара характерен также для регулирующих ступеней турбин. Парциальный подвод означает, что в ступени пар проходит через решетки не по всей окружности.

Расположение сопловых лопаток не по всей окружности, а по части ее накладывает отпечаток на работу ступени и соответственно на потери располагаемой энергии. Обычно потери, связанные с парциальным подводом пара в ступени, рассматривают состоящими из двух составляющих:

а) потери от вентиляции на неактивной дуге - в; б) потери на концах дуг подвода пара, называемые сегментными поте-

рями - сегм.

В ступенях с парциальным подводом пар на рабочие лопатки поступает не по всей окружности, а только по некоторой ее части е. При этом на части дуги окружности 1 - е в каналах рабочих лопаток отсутствует активный поток пара, эти каналы заполняются «застойным» паром из камеры, в которой вращается диск. Вследствие вращения пар, заполняющий эти каналы, под воздействием центробежных сил перемещается от корня рабочих лопаток к их периферии; при этом возможно движение пара с одной стороны лопаток на другую, как показано на рисунке 3.17. Работа, связанная с перемещением пара в каналах неактивной части дуги рабочих лопаток, отводится от диска. Следовательно, полезная энергия ступени уменьшается на потери энергии, связанные с перемещением (вентиляцией) пара в этих каналах.

Относительные потери энергии от вентиляции в парциальной одновенечной ступени могут быть определены по формуле (3.38):

Рис. 3.17 Схема вентиляционных потоков в парциальной ступени

119

Коэффициент kв в этой формуле принимается равным 0,065. Для уменьшения вентиляционной потери часто на неактивной дуге применяют защитный кожух, тем самым сокращая количество вентилируемого пара. В этом случае формула (3.38) быть представлена в более общем виде с учетом влияния части дуги, занимаемой защитным кожухом екож, и числа венцов рабочих лопаток ступени скорости m, в каждом из которых возникают потери от вентиляции

(3.39):

Другой составляющей являются потери па концах дуг подвода пара (на краях сопловых сегментов). Для выяснения природы этих потерь рассмотрим схему течения пара в парциальной ступени (рисунок 3.18). На правом конце дуги подвода застойный пар межлопаточного канала при движении его на границе активного потока вытесняется струей активного пара (на границе С); при этом в канале возникают вихревые течения. На выталкивание застойного пара

иобразование вихрей расходуется энергия активного пара. Кроме того, на правом конце дуги подвода из зазора между диафрагмой и рабочими лопатками эжектируется застойный пар (поток А), на что также расходуется дополнительная энергия пара. На левом конце дуги подвода при выходе межлопаточного канала из-под активной струи пара в канал подсасывается застойный пар из зазора за счет инерционного воздействия оставшегося в канале активного пара, отделяемого от подсасываемого пара границей D. Кроме того, на левом конце из крайнего соплового канала возникают утечки активного пара в зазор между диафрагмой и рабочими лопатками вследствие прилипания струи пара крайнего соплового канала к стенке диафрагмы (поток В). Как на подсасывание, так

ина утечку расходуется энергия активного пара. Для снижения утечек пара в зазоры в парциальной ступени расчетная степень реактивности выбирается небольшой (ρ = 0,02...0,06). Кроме перечисленных составляющих сегментные потери включают в себя и потери энергии в крайних сопловых каналах, течение в которых искажается краевыми эффектами в соплах.

120