Что такое степень реакции ступени

Степень реакции турбинной ступени при переменном режиме работы

В общем случае режим работы ступени может меняться за счет изменения располагаемого теплоперепада и, следовательно , скорости, отношения давлений , где — давление, соответствующее точке торможения потока, изменение частоты вращения n и, следовательно, окружной скорости u, а так же изменение числа Рейнольдса в ступени, вызванного изменением параметров пара или скорости потока.

Все эти изменения режима работы ступени можно свести к трем переменным – отношению скоростей u/C_ф, отношению давлений ε и фиктивному числу R_еф. Кроме того, могут меняться степень влажности (например, из зоны выше линии насыщения, процесс расширения пара в ступени переходит в зону ниже линии насыщения), а также условия входа в ступень и выхода из нее.

В общем случае все упомянутые режимные параметры меняются одновременно, но нагляднее и удобнее рассмотреть влияние каждого из них на основные характеристики ступени порознь. Начнем это рассмотрение с изменения степени реакции.

Представим, что для какого-то расчетного режима известны все характеристики ступени и ее решеток, в том числе построены (для среднего диаметра) треугольники скоростей. Запишем уравнения неразрывности для выходных сечений сопловой F₁ и рабочей F₂ решеток при докритическом режиме

(1)

Обозначив все параметры и характеристики ступени при расчетном режиме индексом 0, получим

(2)

Если считать, что размеры ступени не изменились, т.е. F₁ / F₂ = (F₁ / F₂)₀ и что относительная доля проточек помимо решеток ступени также осталась постоянной, т.е.

(3)

1. Влияние изменения отношения скоростей u/C_ф на степень реакции ρ.

Если предположить, что коэффициенты расхода решеток при изменении u/c_ф и неизменных ε_ст и R_еф остаются постоянными

и в первом приближении принять, что отношение удельных объемов за решеткой также остается постоянным

(4)

Поскольку при увеличении окружной скорости и неизменной величине и β₁

— рад Тэйлора

ограничимся первыми двумя членами.

Тогда, пренебрегая членами, содержащими и , и введя коэффициенты

(6)

после ряда преобразований, получили квадратичную зависимость изменения реакции от изменения отношения скоростей

(7)

Коэффициенты А и В являются функцией двух параметров и . Приняв, что расчетное отношение скоростей является оптимальным и определяется по формуле

вычислим коэффициенты А и В в зависимости от степени реакции ρ₀. Графически зависимости и при представлены на рисунке

С увеличение расчетной степени реакции ρ₀, т.е. с увеличением расчетного угла β₁₀, коэффициент А уменьшается и при ρ ≈ 0,5 (β₁₀ = 90°) равен А = 0.

При β₁₀ > 90° коэффициент А 0,7. С увеличением теплоперепада, т.е. с уменьшением ε, отношение удельных объемов растет, следовательно, по (3) увеличивается W₂_t, что возможно при соответствующем повышении реакции. При сверхзвуковых скоростях, кроме того, появляется отклонение в косом срезе сопловой решетки, что также вызывает некоторое увеличение степени реакции. Т.о., с уменьшением ε_ст и при неизменном отношении скоростей степень реакции растет, особенно при ε_ст

В отдельных ступенях турбин с постоянной частотой вращения одновременно меняются и отношения скоростей и отношения давлений. На рисунке приведена зависимость степени реакции ступени от располагаемого теплоперепада ступени при n = const.Принято, что .

Кривая 1 показывает изменение ρ только за счет изменения согласно (7). Поскольку с увеличением теплоперепада уменьшается , то и ρ так же изменяется. Влияние ε начинает ощутимо сказываться при кДж/кг и оказывается тем больше, чем меньше ε_ст, т.е. чем больше . При кДж/кг в рабочей решетке достигается критический режим ( ) и дальнейшее увеличение сказывается только на течении в косом срезе суживающейся рабочей решетке, давления Р₁ перед ней не меняется и , следовательно, реакция ступени с увеличением растет.

Дата добавления: 2015-07-22 ; просмотров: 2513 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Лекция_2 «Турбинная ступень. Потери энергии, КПД» _ 2 часа

Турбинная ступень представляет собой сочетание неподвижной диафрагмы и вращающегося рабочего колеса. Основными элементами ступени являются сопловые и рабочие лопатки. Сопловые лопатки крепятся в диафрагме, рабочие — на ободе диска колеса (рис.2.1). В каналах сопловых лопаток потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию, которая через рабочие лопатки передается на диск и затем на вал в виде механической работы.

Рабочие лопатки для повышения надежности против вибрации обычно связываются по вершинам в пакеты ленточным бандажем (по 4-12 лопаток). Поверх бандажа предусматриваются уплотнения для уменьшения утечки пара из области большего давления. Подобное уплотнение устанавливается между диафрагмой и валом.

Турбинные ступени бывают двух типов — активные и реактивные. Основным параметром, характеризующим тип ступени, является степень реакции р, под которой понимается отношение располагаемого теплоперепада рабочих лопаток h_op к располагаемому теплоперепаду ступени h ₀, т.е.:

Полный располагаемый теплоперепад промежуточной ступени:

гдеh₀ = h_0с + h_{0р –} располагаемый теплоперепад ступени по действительным (статическим) параметрам.

h * ₀ = h₀ + X*С 2 ₂/2 – полный располагаемый теплоперепад сопловых лопаток;

X — коэф. использования кинетической энергии;

С₂ –абсолютная скорость пара на выходе из предыдущей ступени;

где h * _0с и h * _0с располагаемые теплоперепады сопловых лопаток;

С₀ — скорость пара на входе в ступень.

Если степень реакции р = 0, то турбинная ступень называется чисто активной и, следовательно, в такой ступени весь теплоперепад срабатывается в сопловых решетках.

Когда р невелика (до 0,2 – 0,25), то ступень принято называть также активной. Иногда такую ступень называют активной с небольшой степенью реакции.

Если степень реакции значительна (до 04, —0,6), то ступень называется реактивной, для чисто реактивной ступени р = 0,5.

В многоступенчатой турбине степень реакции изменяется в широких пределах, возрастая от первой до последней ступени. Так для конденсационной турбины величина р на первых ступенях принимается в пределах 0,06 – 0,15, а на последних двух-трех ступенях достигает 0,40 – 0,65.

Геометрия турбинной ступени –рис. выше определяется сечением и цилиндрическими сечениями (развертками) на одном или нескольких диаметрах

В меридиональной плоскости геометрическими параметрами ступени являются: диаметры (средний d, внутренний d_e и наружный d„); длина (высота) лопатки £ ₂ = d_H — d = d — d_B; осевой б_а и радиальный 8_г зазоры; перекрыта А£ = £₂

Развертка цилиндрического сечения одного ряда лопаток называется решеткой профилей. На радиусе У она характеризуется формой и размерами самого профиля и канала, образуемого соседними профилями.

Все параметры на входе в сопловую решетку имеют индекс 0, на выходе из сопловой решетки и на входе в рабочую решетку — индекс 1, на выходе из рабочей решетки — индекс 2. Абсолютные скорости и углы, характеризующие обтекание сопловой решетки, обозначаются буквой С и __, а относительные скорости и углы рабочей решетки, соответственно, __ и ___.

Профилем лопатки (рис.выше) называется ее сечение, перпендикулярное радиусу. Средняя линия профиля проходит через центры окружностей, вписанных в профиль. Обычно за хорду профиля ___ принимают расстояние между концами средней линии профиля. Толщина профиля С измеряется по перпендикуляру к его средней линии. Часто величина С отсчитывается по перпендикуляру к хорде профиля. Наибольшая толщина С_махявляется характерным параметром профиля. Радиусы закруглений входной и выходной кромок профиля обозначаются буквой r. Максимальной вогнутостью профиля f_max называется наибольшее расстояние от хорды до средней линии профиля.

Сравнительную оценку различных профилей производят по относительным величинам. За определяющий параметр принимается хорда ____. В результате получим относительную толщину профиля C = C_max/____.

Геометрия решетки профилей определяется шагом t , шириной В, размером канала (X и эффективными углами выхода:

которые при докритических скоростях принимаются равными углам потока а 1 и a i- Положение профилей в решетках определяется углами установки а_у и f)_y, образуемыми хордой и фронтальной линией. Углы аог и Рт, характеризующие направления входных кромок профилей, называются геометрическими (входными) углами. Иногда эти углы называются скелетными. Углы изогнутости профилей

определяют не только геометрию канала сопловых и рабочих решеток, но и углы поворота потока Att =180 —(0С₀+СС\) и AJ3 = 180° — (Д + /?,). В сопловых решетках паровых турбин

аог =60-90°, а_1э=8-25°, $2Э =65-110°; в рабочих решетках А/З_г = 15-170°, р_2Э =Ю — 35° и А^_г=5-145°.

Наиболее характерными относительными параметрами турбинной ступени являются шаг решетки t — t / в (обратная величина б /1 густота решетки), длина лопатки I = I / в и веерность лопаток 9-rJ Г_в При i9 1,4 и I > 3,0 — большой веерности и большой длины (длинные лопатки).

Из термодинамики известно, что абсолютный (термический) КПД идеальной ПТУ с конденсатором без учета работы питательного насоса, представляется отношением:

к.п.д. = Но/qo

т.е. разность начальной и конечной энтальпии при изоэнтропном расширении пара см. рис. 1.5.

В действительности из-за потерь ∑Ah_i = h_k – h_ktназывав емых внутренними, процесс расширения пара в турбине происходит не по изоэнтропе OK_t, а по политропе GK, в результате чего использованный (внутренний) теплоперепад:

при этом энтальпия h_K определяет состояние пара в конце политропного (действительного) процесса расширения.

Отношение использованного теплоперепада к располагаемому называется относительным внутренним КПД турбины:

Источник