3.17. Особенности расширения пара в многоступен-чатых турбинах. Мощность и кпд паровой турбины

Выше были рассмотрены процессы расширения пара в одноступенчатых активных и реактивных турбинах. Процесс расширения пара в многоступенчатой турбине имеет свои особенности. Они состоят в том, что энергия выходной скорости пара, являющаяся потерей с выходной скоростью для каждой конкретной ступени турбины, используется в последующих ступенях, и окончательно теряется только для последней ступени турбины. Потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию пара перед следующей ступенью. В области перегретого пара это приводит к повышению температуры пара, а в области влажного – к увеличению степени сухости. За счет повышения энтальпии пара теплоперепад, срабатываемый в последующей степени, увеличивается на некоторую величину – .

На рис. 61 изображен процесс расширения пара в трехступенчатой турбине с некоторой степенью реактивности – .

Расширение пара происходит последовательно в ступенях 1, 2 и 3. В каждой ступени турбины пар расширяется в сопловом аппарате и частично – в каналах, образованных рабочими лопатками. Внутренние потери энергии в каждой ступени учитываются приращением энтальпии пара: , , ,. Использованный теплоперепад первой ступени турбины складывается из располагаемого теплоперепада за вычетом потерь энергии:

В каждой последующей ступени используемый теплоперепад включает в себя дополнительно величину , равную потере с выходной скоростью предыдущей ступени. Использованный теплоперепад для всей многоступенчатой турбины будет равен сумме использованных теплоперепадов ее ступеней:

Поскольку изобары на диаграмме не являются параллельными линиями, то адиабатный теплоперепад каждой отдельной ступени (кроме первой) больше, чем соответствующий теплоперепад этой ступени на основной адиабате:

,

Таким образом, сумма располагаемых теплоперепадов ступеней турбины больше общего теоретического теплоперепада всей турбины – на некоторую величину – :

Отношение суммы располагаемых теплоперепадов ступеней к располагаемому теплоперепаду всей турбины получило название коэффициента возврата теплоты:

Рис. 61. Процесс расширения пара в трехступенчатой турбине с некоторой степенью реактивности.

, – начальные параметры пара;

, , – давление пара за направляющим аппаратом первой, второй и третьей ступени соответственно;

, – давление пара за рабочими лопатками первой и второй ступеней;

– конечное давление пара (за рабочими лопатками третьей ступени);

– теоретический располагаемый теплоперепад турбины;

, , – располагаемые теплоперепады первой, второй и третьей ступеней;

, , – потери в направляющем аппарате первой, второй и третьей ступеней;

, , – потери в рабочих лопатках первой, второй и третьей ступеней;

, , – другие внутренние потери в первой, второй и третьей ступенях;

, , – потери с выходной скоростью в первой, второй и третьей ступенях;

, , – использованные теплоперепады первой, второй и третьей ступеней;

– использованный (внутренний) теплоперепад турбины;

В физическом смысле коэффициент возврата теплоты показывает: во сколько раз повышается КПД группы ступеней по сравнению с КПД отдельной турбинной ступени.

Внутренний КПД многоступенчатой турбины представляет собой отношение использованного в турбине теплоперепада к располагаемому теплоперепаду:

Внутренней мощностью паровой турбины называется мощность, соответствующая использованному теплоперепаду:

, [кВт]

где:

, [кг/с] – расход пара через проточную часть турбины.

Учитывая, что использованный теплоперепад турбины , получим выражение для внутренней мощности многоступенчатой турбины:

, [кВт]

Эффективный КПД турбоагрегата учитывает как внутренние, так и внешние потери:

где:

– механический КПД ГТЗА;

– коэффициент, учитывающий потери от неработающих ступеней;

– механический КПД турбины;

– КПД редуктора (зубчатой передачи).

С учетом эффективного КПД, эффективная мощность турбоагрегата будет определяться как следующее выражение:

т.е. эффективная мощность ГТЗА, снимаемая с фланца отбора мощности и передаваемая валопроводу зависит:

• от расхода пара – ;

• от начальных (перед турбиной) и конечных (за турбиной) параметров пара, определяемых верхним и нижним значениями располагаемого теплоперепада – ;

• от совершенства и качества изготовления деталей турбины, деталей ее проточной части, и мероприятий, уменьшающих внутренние и внешние потери энергии в турбоагрегате.