Принцип действия и классификация турбинных ступеней., страница 15

В случае движения тяжелого вязкого сжимаемого газа без фазо­вых переходов для полного гидродинамического подобия потоков долж­но соблюдаться равенство следующих чисел подобия:

                                                                                    (45)

Наличие подобия и рациональное использование перечисленных чисел подобия позволяет правильно ставить экспериментальные иссле­дования турбинных ступеней, а также анализировать рабочий процесс, протекающий в них, и получаемые характеристики.

8.2. Связь особенностей рабочего процесса

в турбинной ступени с числами подобия

При сравнении характеристик различных турбинных ступеней они должны быть геометрически подобны для того, чтобы имели смысл числа подобия, отражающие подобие действующих сил.

Рабочий процесс в турбинной ступени осуществляется сжимаемой вязкой рабочей средой. По отношению к окружающей среде он является адиабатическим, по характеру протекания - периодическим.

Сжимаемость среды влияет на величину упругих сил давления. Их подобие в турбинных ступенях выполняется при равенстве чисел , характеризующих режим работы ступени, и при равенстве по­казателей адиабаты k, характеризующих свойства рабочей среды.

Вязкость среды влияет на величину касательных напряжений. Их подобие соблюдается при равенстве чисел Re. Учитывая турбулент­ный характер течения в проточной части турбинной ступени, это условие следует дополнить равенством степеней турбулентности . Адиабатичность процесса в турбинной ступени по отношению к окружающей среде не исключает внутреннего теплообмена между струй­ками и частицами рабочей среды в пределах ступени. При прочих рав­ных условиях для подобия внутреннего теплообмена в различных сту­пенях должно выдерживаться подобие свойств рабочей среды, характе­ризуемое равенством чисел Pr.

Периодические процессы по своей природе являются нестационарными. Для подобия сил инерции, связанных с нестационарностью процессов тече­ния рабочей среды, необходимо равенство чисел Sh сравниваемых ступеней.

В паровых и газовых турбинах влияние сил тяжести на течение рабочей среды весьма мало и поэтому обычно не учитывается.

Система (45) чисел подобия достаточна для однофазных сред. В последних ступенях турбин ТЭС и АЭС работу совершает двухфазная среда - влажный водяной пар. Термодинамические свойства влажного пара можно характеризовать степенью сухости «X». Однако при этом влияние влажности в ступени как бы осредняется, и с точки зрения параметра «X» течение в ней оказывается одномерным. Опыт показыва­ет, что распределение во влажном паре капель по размерам (дисперс­ность среды) существенно различно в различных частях турбинной ступени и весьма сильно влияет на ее работу. Поэтому «одномерный» учет влажности посредством использования только степени сухости «X» не является перспективным.

8.3. Внешние и внутренние характеристики

турбинной ступени

Внешними характеристиками турбинной ступени являются:

N - мощность, развиваемая ступенью (,  - соответственно:  -  теоретическая мощность ступени, развиваемая в изоэнтропическом процессе расширения рабочего тела и при идеально уплотненной ступени (без учета протечек);

 - мощность на лопатках ступени, развиваемая в действительном процессе расширения рабочего тела и при идеально уплотненной ступени (без учета протечек.);

 -  расход рабочего тела через ступень;

 - крутящий момент на роторе ступени.

К внутренним характеристикам относятся любые величины, харак­теризующие процессы внутри проточной части ступени. Обычно и внеш­ние и внутренние характеристики ступени представляют в безразмерном виде.

Важными внешними характеристиками ступени являются:

  -  коэффициент полезного действия ступени (КПД);

 -  коэффициент расхода ступени.

В последнем выражении подстрочные индексы  и m относятся соответственно к действительному () и теоретическому () процессам в ступени.

Теоретический расход  рабочего вещества через ступень оп­ределяется как расход при изоэнтропическом истечении через отверс­тие с площадью, равной площади узких сечений сопл диафрагмы; при этом давление за отверстием  и параметры торможения перед ним те же, что и при действительном процессе.