Принцип действия и классификация турбинных ступеней., страница 2

увеличивается энтропия , а следовательно, и энтальпия . При этом тех­ническая работа , развиваемая ступенью, уменьшается. Заметим, что, хотя необратимый процесс между точками О* и 2 нанесен в диаг­рамме I-S на рис.2,а условно, сами эти точки, как и точка , со­ответствуют конкретным осредненным состояниям рабочего тела в рас­сматриваемых сечениях.

По мере уменьшения необратимости процесса в ступени энтропия  на выходе из нее уменьшается, и в пределе при необратимости, стремящейся к нулю,  получим, что . Этому случаю обратимого адиабатическо­го и изоэнтропического процесса соответствует запись уравнения (4) в виде:

                                                           .                                                (5)

Как следует из рис.2,б, для принятых значений  и давления  энтальпия  и  работа ступени  при обрати­мом процессе расширения является максимальной. При построениях ра­бочего процесса ступени в диаграмме I-S удельная работа ступени, как видно из рис.2, измеряется перепадом энтальпий, который далее будет обозначаться .

Вернемся к уравнению (1), переписав его для случая адиабати­ческого и изоэнтропического процессов:

.

Зачастую в турбинных ступенях скорости  и  близки друг к дру­гу: . Тогда в соответствии с 1 законом термодинамики разность  представляет собой работу изменения объема, а раз­ность  - работу проталкивания. Заметим, что при работе турбинной ступени, когда давление уменьшается, а удельный объем растет, работа проталкивания положительна. Это легко показать для изоэнтропического процесса:

.

Для идеального адиабатического процесса легко установить и доли технической работы, совершаемые за счет расширения и проталкивания.

Первый член в девой части уравнения (7) - полная энер­гия среды, проходящей за время  через сечение 0-0; первое вычитаемое - то же через сечение 2-2; правая часть уравнения (7) - изме­нение полной энергии рабоче­го тела в ступени.

Уравнение сохранения массы:

                                              .                                      (8)

Система уравнений (7) и (8) может быть проинтегрирована при задан­ных начальных условиях, законе изменения расхода и законе теплооб­мена, а также уравнении состояния рабочего тела. Далее эта  задача в общем виде не рассматривается. Частный ее случай, когда работа при неустановившемся течении может быть определена без интегриро­вания, представляет собой задачу Стодолы о работе турбины после срабатывания авто­матического стопорного клапана. Эта задача рассматривается  на практических занятиях.

1.3. Классификация ступеней

по термодинамическому признаку

Существенное влияние на любой процесс оказывает характер теп­лообмена рабочего тела с внешней средой. Поэтому турбинные ступени делятся на адиабатические (неохлаждаемые) и охлаждаемые, в которых отвод теплоты существенно сказывается на рабочем процессе в ступе­ни.

В паротурбинных установках преобладают ступени первого типа, в высокотемпературных ГТУ - ступени второго типа. Однако и в слу­чае охлаждаемых ступеней зачастую процесс в ступени считают адиа­батическим, а необходимые поправки на теплообмен вносят при опре­делении состояния рабочего тела за ступенью. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать только неохлаждаемые ступени, полагая при этом, что назначение основных конструктивных элементов ступени известно из прослушанного ранее курса «Введение в специальность».