15. Как протекает работа ступени при переменном режиме. Что такое сетка расходов л.И. Шегляева.

Рассмотрим, как изменяется тепловой процесс ступени при изменении её теплоперепада. Предположим, что в основу подбора профилей и геометрических размеров сопловых и рабочих решёток рассматриваемой ступени были положены расчётные треугольники скоростей, показанные на рис. 7.1 сплошными линиями.

Рис. 7.1. Треугольники скоростей при расчётном и уменьшенном теплоперепаде ступени

Допустим, что при возникшем нерасчётном режиме теплоперепад этой ступени уменьшился. Значит, уменьшится и абсолютная скорость истечения пара из сопловой решётки с11 < с1 и возрастёт отношение скоростей u/cф.

В результате уменьшения абсолютной скорости с1 до с11 относительная скорость входа пара на рабочие лопатки w1 также уменьшается до w11 и отклоняется от первоначального направления встречая входную кромку рабочих лопаток с отрицательным углом атаки 1 = 1  11. При этом поток пара ударяет в спинки лопаток, что приводит к значительным потерям энергии в каналах рабочих лопаток и снижению КПД ступени. Увеличение отношения скоростей u/cф сопровождается увеличением степени реактивности. Сокращение теплоперепада ступени сопровождается также уменьшением относительной скорости выхода пара из рабочей решётки w21 < w2, что приводит к изменению значения и направления абсолютной скорости выхода c21. Натекание потока на входные кромки сопловой решётки последующей ступени при этом будет происходить с отрицательным углом атаки 2 = 2  21, что также вызывает дополнительные потери в ней, которые можно ограничить, применяя скругленную входную кромку сопловой решётки.

В случае увеличения располагаемого теплоперепада возрастёт абсолютная скорость выхода пара из сопловой решётки с11 > с1 и уменьшится отношение u/cф (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Треугольники скоростей при расчётном и увеличенном теплоперепадах ступени

Если скорость с11 начнёт превышать скорость звука, поток пара будет отклонятся в косом срезе сопловой решётки. Увеличение скорости с11 вызывает уменьшение угла 11, и поток будет натекать с положительным углом атаки при входе в рабочую решётку. Это может вызвать отрыв потока на спинке профиля и значительный рост потерь в рабочей решётке. Давление перед рабочей решёткой понизится, степень реактивности уменьшится. Абсолютная скорость выхода пара из рабочей решётки увеличится с21 > с2 и изменение её направления приведёт к тому, что натекание на сопловую решётку последующей ступени будет происходить с положительным углом атаки.

Здесь рассмотрен переменный режим работы ступени, при котором частота вращения ротора сохранялась постоянной, а изменению подвергался теплоперепад. Аналогичные результаты получатся, когда теплоперепад будет сохраняться постоянным, а изменяться будет частота вращения.

Зависимость между расходом и давлением для суживающихся решёток выраженная в относительных величинах имеет вид:

или . (7.10)

Уравнение (7.10) связывает между собой относительный расход пара через суживающуюся решётку q0 с начальным и конечным относительными давлениями 0 и 1. На рис. 7.4 представлена сетка расходов А.В. Щегляева, выражающая эту зависимость.

Рис. 7.4. Сетка А.В. Щегляева для относительных расходов пара через турбинную решётку с суживающимися каналами (* = 0,546)