Потери энергии в турбинной ступени, относительный лопаточный и внутренний кпд

Относительный лопаточный кпд- отношение полезной работы, развиваемой ступенью к располагаемой энергии ступени, которая предоставляется ступени для преобразования в механическую.

Полезная работа ступени ℓ_ст =-Δh_с-Δh_р-Δh_вс, где

–теплоперепад ступени, кДж/кг;

Δh_с – потеря энергии в сопловой решетке, кДж/кг;

Δh_р - потеря энергии в рабочей решетке, кДж/кг;

Δh_вс- потеря с выходной скоростью, кДж/кг.

Располагаемая энергия ступени

Относительный лопаточный кпд для ступени, за которой используется выходная скорость .

Относительный лопаточный кпд для ступени, за которой не используется выходная скорость .

Наибольшее влияние на ступени оказывает отношение скоростей Х_ф, определяющее потерю с выходной скоростью. Х_ф=, где

u-окружная скорость;

с _ф-фиктивная скорость.

При отклонении Х_ф от оптимального значения резко возрастает потеря с выходной скоростью, что приводит к снижению .

, где

ρ – степень реакции;

- угол выхода из сопловых каналов;

φ – коэффициент скорости.

Относительный лопаточный КПД характеризует качество решеток ступени и потерю с выходной скоростью. Поскольку окружная скорость ограничена прочностью вращающихся деталей (дисков, лопаток), то ограниченной оказывается и С_ф, т.е. теплоперепад , срабатываемый в одной ступени. Именно поэтому конструкция турбины выполняется многоступенчатой.

Отношение внутренней работы ступени к ее располагаемой энергии называется относительным внутренним кпд ступени:

Потери с протечками пара и на трение

Потери с протечками, связанные с тем, что часть пара протекает через зазоры ступени и полезной работы не совершает. Это относится к пару, протекающему через диафрагменное уплотнение и поступающего либо через разгрузочные отверстия в диске (для разгрузки упорного подшипника от осевого усилия) к диафрагме следующей ступени, либо в корневое сечение рабочей лопатки. Часть пара проходит над бандажом рабочих лопаток. Для уменьшения протечек между вращающимися и неподвижными элементами устанавливают лабиринтовое уплотнение.

Если из работы лопаток ступени вычесть потери от протечек и трения, то получится внутренняя работа ступени, развиваемая на валу турбины. Потери на трение диска вызываются силами трения между вращающимся диском и паром. Они тем выше, чем больше окружная скорость u диска, его диаметр d и плотность среды, в которой вращается диск.

Таким образом , где

- относительные величины потери на утечки и трение.

Потери от влажности

В ступенях турбин АЭС и в последних ступенях турбин ТЭС протекает влажный пар, что приводит к потерям от влажности и дополнительному снижению η_oi. Капли влаги, особенно крупные, протекают через ступень по своим траекториям, отличным от течения пара, они вызывают тормозящий эффект, капли влаги не успевают разогнаться до скорости пара.

Потери энергии в турбинной ступени

- профильные Частицы пара, прилегающие к стенкам сопла движутся медленнее частиц, находящихся в центральной части струи. Протекание пара через сопло сопровождается вихревым движением их, шероховатость стенок также влияет на их движение. Трение приводит к повышению теплосодержания пара, уменьшается скорость, образуется пограничный слой: -кромочные потери, возникающие в кромочном следе при сходе потока с выходной кромки профиля; При сходе потока с кромок поток отрывается и за кромками образуются вихри, которые образуют кромочный след. При этом средняя скорость в следе уменьшается и растут потери энергии в потоке. Волновые потери связаны с образованием в потоке при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях на выходе из решётки скачков уплотнения. Скачки уплотнения утолщают пограничный слой и отрыв потока, что увеличивает потерю энергии.

- суммарные. Состоят из профильных, концевых, веерных и потерь от влажности. Чем меньше верность, тем больше потери от верности. Это отличие в потоках пара на различных радиусах с взаимодействием с соседскими решётками. На последних ступенях образуются капельки влаги, которые под действием центробежной силы отбрасываются к периферии. Капли получают ускорение от частиц пара основного потока. Т.е. на сообщение ускорения капелькам расходуется некоторое количество энергии. Капли движутся под углом к спинкам лопаток, которые испытывают удары. Выходные кромки лопаток эрозируются, а сами лопатки тормозятся.

№ 11