8. Определение геометрических размеров турбинных решеток.

Геометрические размеры решеток при тепловом расчете турбины определяются после того, как предварительно найдены расход G рабочей среды, полные или статические Ро,То параметры перед соплами, давление за рабочими лопатками Р₂ и средние диаметры d₁ и d₂ решеток. Если перед соплами заданы статические параметры, то дополнительно должна быть известна скорость Со входа потока.

Рассмотрим сопловую решетку с конфузорными каналами.

Площадь F₁ выходных сечений сопловых каналов связана с геометрическими размерами решетки следующей зависимостью

, (11.1)

где а₁ - ширина канала в узком сечении;

l_l - высота сопла;

z₁ - число каналов (лопаток).

Принимая действительный угол выхода потока из решетки равным эффективному углу , имеем:

(11.2)

Произведение t₁z₁ есть длина дуги окружности, на которой расположены сопла. Отношение длины этой дуги ко всей длине окружности называется степенью парциальности впуска ,

. (11.3)

Решая уравнение (11.2) относительно высоты сопла с учетом (11.3) получим

. (11.4)

Полагая истечение из сопла докритическим найдем площадь выходных сечений сопл из уравнения неразрывности

. (11.5)

Подставляя уравнение (11.5) в выражение (11.4) получим

. (11.6)

При критической скорости в узком сечении площадь выходных сечений сопл будет минимальной

(11.7)

где соответственно критические удельный объем и скорость в узком сечении;

- коэффициент расхода.

Число сопл определяют по выражению

. (11.8)

Найденное значение числа z₁ округляют до целого с соответствующей корректировкой значений t₁ и . Во избежание больших потерь энергии ширина канала должна быть не менее 45 мм.

Для рабочей решетки геометрические размеры определяются в той же последовательности.

8. Располагаемая энергия турбинной ступени.

Под располагаемой энергией турбинной ступени понимается та часть тепловой или эквивалентной ей кинетической энергии рабочей среды массой 1 кг, которая в идеальной турбинной ступени с изоэнтропийным процессом расширения может быть преобразована в механическую работу.

Полная энергия потока перед ступенью и за ней выражается формулами

, ,

где соответственно энтальпия и скорость потока за рабочими лопатками при изоэнтропийном расширении в ступени.

Согласно уравнению энергии разность полных энергий в начале и конце расширения равна сумме количества теплоты, подводимой или отводимой в процессе, и работы совершаемой самой рабочей средой или внешними силами над рабочей средой.

В идеальной осевой турбинной ступени теплота не подводится и работы внешних сил нет, поэтому

,

где Lo - работа, совершаемая рабочей средой массой 1 кг в идеальной турбинной ступени.

Эта работа называется располагаемой энергией (или теоретической работой) турбинной ступени. Иногда Lo называется располагаемым перепадом энтальпий. Учитывая, что можно записать

. (12.1)

Для того чтобы найти располагаемую энергию, необходимо знать теоретическую скорость C_2t на выходе из рабочих лопаток. Определение скорости не представляет большой трудности, но требует специальных вычислений. На практике теоретическую скорость C_2t заменяют близкой к ней по значению действительной скоростью выхода потока из рабочих лопаток С₂, в этом случае

. (12.2)

В теории турбин принято различать ступени, работающие с использованием выходной энергии в следующей по потоку ступени, и ступени, работающие без использования выходной энергии.

Если турбинная ступень работает с использованием выходной энергии, то предполагается, что часть кинетической энергии потока, равная , передается нижерасположенной ступени. Поэтому располагаемая энергия ступени, работающей с использованием выходной энергии, определяется по формуле

, (12.3)

где - коэффициент использования выходной энергии в ступени. При полном использовании выходной энергии (= 1) располагаемая энергия ступени будет определяться по формуле

. (12.4)

С частичным или полным использованием выходной энергии работают промежуточные ступени многоступенчатых турбин со ступенями давлений.

В турбинной ступени, работающей без использования выходной энергии, передача кинетической энергии в последующую ступень не предусматривается (= 0), поэтому располагаемая энергия определяется по выражению

. (12.5)

Без использования выходной энергии работают последние ступени многоступенчатых турбин и одноступенчатые турбины.