Для удобства изложения материала обозначим основные контрольные сечения проточной части осевой турбинной ступени, изображенной на рис.4, с учетом введенных ранее индексов.
0-0 - сечение перед ступенью (на входе в венец сопловых лопаток);
1-1 - сечение за сопловыми лопатками (перед венцом рабочих лопаток); 2-2 - сечение за ступенью (на выходе из венца рабочих лопаток).
Между входным и выходным сечениями турбинной ступени расширение рабочего тела в общем случае происходит в межлопаточных каналах сопловых лопаток (от давления до давления в межвенцовом зазоре ступени) и в межлопаточных каналах венца рабочих лопаток (от давления до давления за ступенью). Для случая изоэнтропического течения схема процесса расширения рабочего тела в турбинной ступени показано на рис.5 в координатах I-S, где
- изоэнтропический перепад энтальпий в турбинной ступени, определяемый состоянием торможения перед ней и статическим давлением за ней;
- изоэнтропический перепад энтальпий в сопловом аппарате, определяемый состоянием торможения перед ним и статическим давлением в межвенцовом зазоре;
- изоэнтропический перепад энтальпий в венце рабочих лопаток по статическим давлениям перед венцом и за ним или реактивный перепад в рабочих лопатках.
Обозначим следующую величину
, (9)
Отношение называют термодинамической степенью реактивности. Подчеркнем, что - отношение реактивного перепада в рабочих лопатках к изоэнтропическому перепаду в турбинной ступени .
По степени реактивности турбинные ступени делятся на активные и реактивные.
Если степень реактивности ступени равна нулю (= 0, =, = 0) и в межлопаточных каналах рабочего венца расширение рабочего тела не происходит, то такая ступень называется активной. Если степень реактивности >0, >, >0, то ступень называется реактивной. Иногда при малых степенях реактивности () в практике смешивают оба эти понятия, называя ступень «активной с малой степенью реактивности». Поскольку такое смешение может привести к путанице, для упомянутых ступеней предпочтительно название «ступени с малой степенью реактивности».
В некоторых случаях давление в межвенцовом зазоре может оказаться меньшим, чем давление за ступенью (<, <0). В связи с повышением давления в лопатках рабочего венца реактивный перепад и степень реактивности (<0, <0 ) становятся отрицательными. Подобное диффузорное течение в рабочей решетке приводит к росту необратимых потерь механической энергии. Поэтому отрицательной степени реактивности <0 следует избегать. Чаще всего она встречается в корневых сечениях лопаточных венцов рабочих решеток на нерасчетных режимах обтекания этих решеток.
Отметим, что понятия «активная решетка» или «диффузорная решетка» относятся только к венцам рабочих лопаток. В ступенях паровых и газовых турбин сопловые решетки всегда являются реактивными и работают при >.
2. Трактовка работы турбинной ступени с позиций
теоретической механики
2.1. Момент количества движения и крутящий момент
Для того, чтобы турбинная ступень совершала работу, на ротор со стороны рабочих лопаток должен действовать крутящий момент. Он создается при взаимодействии с лопатками частиц рабочей среды. Если взять отдельную частицу рабочей среды, то внешний момент сил, действующий на нее, равен производной от момента количества движения частицы (обозначим его ).
Для записи выражения элементарного частицы массой m относительно оси ротора разложим ее скорость на три составляющих (рис.6).
- проекция вектора скорости на направление оси ротора,
- то же на направление радиуса, проходящего через частицу,
- то же на окружное направление.
Проекции и не дадут составляющих в , поэтому для элементарной частицы относительно оси ротора запишем: .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.