Потери энергии в турбинной ступени, относительные лопаточный и внутренний к.П.Д.
Относительный лопаточный кпд- отношение полезной работы, развиваемой ступенью к располагаемой энергии ступени, которая предоставляется ступени для преобразования в механическую.
Полезная работа ступени ℓст = -Δhс-Δhр-Δhвс, где – теплоперепад ступени, кДж/кг; Δhс – потеря энергии в сопловой решетке, кДж/кг; Δhр - потеря энергии в рабочей решетке, кДж/кг; Δhвс- 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 Хф,
определяющее потерю с выходной скоростью.
Хф=
,
где u-окружная
скорость; с ф-фиктивная
скорость.
При отклонении Хф 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 Сф,
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 ηoi. 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.
№21