- •Оглавление
- •Раздел 1. Теория турбинных ступеней.
- •Цель, задачи, предмет изучения и основное содержание дисциплины «стд. Судовые турбомашины», ее роль и место в системе подготовки специалиста в соответствии с требованиями гос впо и кт
- •Назначение паровой турбины( турбомашины) и ее особенности как теплового двигателя. Принцип действия пт
- •Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
- •А). Основные уравнения парового потока в турбине
- •1. Геометрические характеристики турбинной ступени
- •2. Понятие об элементарной плоской турбинной ступени. Геометрические характеристики турбинной решетки.
- •3. Преобразование энергии пара в активной и реактивной турбинных ступенях
- •1. Определение скорости выхода пара из каналов направляющего аппарата и рабочей решетки.
- •1.1. Определение скорости выхода пара из каналов рабочей решетки
- •1.3. Понятие о степени реакции
- •2.1 Влияние косого среза на работу решетки
- •2.2. Расход пара через решетку. Определение высоты лопаток
- •1. Физическая сущность потерь кинетической энергии пара
- •2. Аэродинамические характеристики решеток и их определение
- •Б). Влияние числа Маха на потери энергии
- •3. Влияние конструктивных факторов на потери энергии
- •1. Силовое воздействие потока пара на рабочие лопатки
- •2. Работа на окружности турбинной ступени
- •3. Общее выражение для кпд на окружности турбинной ступени
- •1. Определение и состав внутренних потерь
- •2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры
- •3.Потери на протечки через зазоры в реактивной и активной турбинных ступенях
- •1. Внутренние потери энергии в активной турбинной ступени
- •2. Потери энергии от влажности пара и неучтенные потери
- •3. Внутренняя работа и внутренний кпд турбинной ступени
- •1. Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах
- •2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •Очевидно, что
- •3. Силовое воздействие потока рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
- •Давление пара за турбинной ступенью р1.
- •Адиабатный перепад на турбинную ступень:
- •Располагаемый теплоперепад на турбинную ступень
- •Б). Определение формы межлопаточных каналов направляющих решеток
- •3. Оценка основных геометрических размеров ступени
- •1. Расчет направляющего аппарата
- •В). Расчет потерь энергии в направляющей решетке
- •Д). Построение входного треугольника скоростей
- •Особенности расчета рабочих лопаток
- •Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки
- •Д). Расчет потерь энергии в рабочей решетке
- •Расчет внутреннего кпд и внутренней мощности турбинной ступени
- •1. Принцип действия и устройство колес со ступенями скорости
- •2. Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости
- •3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
- •1. Работа и кпд на окружности двухвенечного колеса скорости
- •2. Область применения колес со ступенями скорости
- •1. Принципиальное устройство многоступенчатых паровых турбин
- •2. Процесс в диаграмме h-s для многоступенчатой паровой турбины
- •3. Понятие о возвращенном тепле. Связь между кпд многоступенчатой паровой турбины и кпд ее ступеней
- •1. Понятие об использовании выходной энергии мспт
- •2. Коэффициент использования выходной энергии
- •3. Процесс в диаграмме h-s при использовании выходной энергии
- •1. Эффективный кпд гтза и валопровода
- •2. Удельный и секундный расходы пара
- •3. Характеристика многоступенчатой паровой турбины
- •1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
- •2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня
- •3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход
3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
а). Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ = 0
Рассмотрим изображение процесса расширения пара в двухвенечном колесе скорости со степенью реакции на венцах ρ = 0 на диаграмме h-s (рис. 84).
На пересечении изобары Ро и изотермы tо, найдем точку Ао, определяющую состояние пара перед двухвенечным колесом скорости. Этому состоянию соответствует энтальпия ho, характеризующая запас потенциальной энергии на входе в двухвенечное колесо скорости.
Теоретический процесс расширения пара в двухвенечном колесе скорости изобразится на диаграмме h-s вертикальной прямой (адиабатой), пересечение которой с изобарой Р1 даст точку А1t, определяющую состояние пара за двухвенечным колесом скорости. Этому состоянию соответствует энтальпия h1t, характеризующая запас потенциальной энергии на выходе из двухвенечного колеса скорости.
Адиабатный теплоперепад, срабатываемый в двухвенечном колесе скорости, равен разности энтальпий ha = ho-h1t, так как рассматриваемое двухвенечное колесо скорости со степенью реакции на венцах ρ = 0, расширение пара происходит только в соплах первого рабочего венца, далее давление пара остается постоянным. Поэтому адиабатный теплоперепад в соплах первого рабочего венца had равен адиабатному теплоперепаду, срабатываемому в двухвенечном колесе скорости ha. При течении пара через сопла первого рабочего венца часть кинетической энергии qd теряется вследствие трения пара о поверхности каналов, образований завихрений и других явлений. Термин «потери» не означает, что количество энергии qd исчезло бесследно. Эта часть энергии расходуется на преодоление сопротивлений (в частности, трения пара о поверхность каналов) в реальном потоке, что в конечном итоге приводит к повышению энтальпии пара за соплами первого рабочего венца при постоянном давлении Р1. Поэтому действительная энтальпия пара за решеткой сопел первого рабочего венца hd окажется больше теоретической на величину qd, т.е. hd= h1t,+ qd. Откладывая вверх от точки А1t отрезок, равный потерям энергии qd,, найдем действительную энтальпию пара за решеткой hd. Пересечении линии hd=const с изобарой Р1 определит точку Аd, характеризующую действительное состояние пара за соплами первого рабочего венца.
Соединив точки Ао и Аd, получим линию действительного процесса расширения пара в соплах первого рабочего венца.
После сопел пар поступает на первый венец рабочих лопаток, где также как и в соплах часть кинетической энергии qs1 теряется вследствие трения пара о поверхности каналов, образований завихрений и других явлений. Термин «потери» не означает, что количество энергии qs1 исчезло бесследно. Эта часть энергии расходуется на преодоление сопротивлений (в частности, трения пара о поверхность каналов) в реальном потоке, что в конечном итоге приводит к повышению энтальпии пара за первым рабочим венцом при постоянном давлении Р1. Поэтому действительная энтальпия пара за первым рабочим венцом hs1 окажется больше теоретической на величину qs1, т.е. hs1= hd+ qs1. Откладывая вверх от точки Аd отрезок, равный потерям энергии qs1,, найдем действительную энтальпию пара за решеткой hs1. Пересечении линии hs1=const с изобарой Р1 определит точку Аs1, характеризующую действительное состояние пара за первым рабочим венцом.
Соединив точки Аd и Аs1 получим линию действительного процесса преобразования энергии пара на первом рабочем венце.
Аналогично производится построение точек Ани Аs2, с учетом потерь qн и qs2 соответственно и определением энтальпий пара hн и hs2.
На выходе из двухвенечного колеса скорости пар имеет скорость . Отсюда поток пара, покидая двухвенечное колесо скорости, обладает соответствующей кинетической энергией. Эта энергия не может быть использована для преобразования в полезную механическую работу и поэтому для данного двухвенечного колеса скорости эта энергия потеряна. Величина, равнаяqа=, называется потерей с выходной скоростью.
За двухвенечным колесом скорости поток пара, обладающий скоростью , постепенно затормаживается, кинетическая энергияпреобразуется в потенциальную энергию, что характеризуется повышением энтальпии пара при постоянном давлении. В результате с учетом потерь энергииqа энтальпия пара будет равна hв= hs2+ qа. Проведя линию hв=const до пересечения с изобарой Р1, получим точку Аа, характеризующую состояние пара с учетом потерь энергии.
а). Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ > 0
Двухвенечные колеса скорости, устанавливаемые в качестве первой регулировочной ступени турбины, обычно выполняются с некоторой степенью реакции на рабочих и направляющих венцах. Введение степени реакции на венцах ступеней скорости улучшает аэродинамические качества проточной части, обеспечивает плавность изменения высот лопаток и приводит к повышению их экономичности (потери от подсоса в корневых сечениях лопаток могут быть сведены к нулю). Однако следует иметь в виду, что наличие разности давлений по вендам лопаток приводит к появлению осевых усилий и потерь от протечек пара через радиальные зазоры лопаток и осевые зазоры в окружном направлении при парциальном впуске. Величину радиальных и осевых зазоров принимают такой, чтобы исключались задевания в проточной части. Для определенной ступени при установленных практикой зазорах существует степень реакции, при которой КПД ступени имеет максимальное значение. Степень реакции может быть найдена опытным путем и путем выполнения вариантных расчетов.
Получение степени реакции на рабочих и направляющем венцах достигается надлежащим расчетом выходных площадей каналов лопаток. Если эти площади сделать несколько меньше, чем нужно для прохода сквозь них всего количества пара без увеличения скорости, то в венцах устанавливается разность давлений, в результате чего в каналах рабочих и направляющих лопаток будет иметь место расширение пара, сопровождающееся увеличением скорости парового потока.
Степенью реакции на венцах называется отношение адиабатного теплоперепада, срабатываемого в каналах рабочих или направляющих лопаток, к адиабатному теплоперепаду всего двухвенечного колеса скорости. Степень реакции для рабочих и направляющего венцов будет представлена следующими соотношениями:
(4.1.13)
где – ha, has1, haн и has2 адиабатные теплоперепады соответственно на колесо, на первый рабочий венец, на направляющий венец, на второй рабочий венец.
Суммарная степень реакции колеса с двумя ступенями скорости
(4.1.14)
Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ > 0 на рис.85.
Лекция №14 | |
Тема: |
Работа и КПД на окружности колеса с двумя ступенями скорости |
Учебная цель: |
Дать систематизированные основы научных знаний о порядке определения работы и КПД на окружности колеса с двумя ступенями скорости |
Учебные вопросы: |
|
Литература: |
[1]. Иванов Г.В., Горбачев В.А., Усов Ю.К. «Судовые турбомашины», СПб – ВМИИ, 2006. c. 139÷144 |