Рабочий процесс в ступени осевой турбины. Схема и принцип действия

Двухмерная модель:

Cт – диаметр самого широкого места в лопатке b – хорда t – шаг аг – горло (самое узкое место в межлопаточном канале)

Принцип действия:

Изменения статических и полных параметров потока ступени осевой турбины.

- уравнение энергии в тепловой форме

- уравнение энергии в механической форме

Оценку гидравлических потерь производят на основании уравнения энергии в механическом виде для рабочего колеса для соплового аппарата

Основные параметры ступени

Геометрические

Кинематические

Энергетические (термодинамические)

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Применение широких лопаток для первых ступеней позволяет сработать больший теплоперепад при малой высоте, позволяет разместить систему охлаждения . К последним ступеням ширина рабочих лопаток уменьшается, что позволяет снизить напряжение в корне лопатки

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ:

u - окружная скорость

Окружная скорость определяет теплоперепад срабатываемый в ступени. Htu=u·ΔCu=u·ΔWu

U2

Чем выше U, тем выше теплоперепад, но ее значение ограничено условиями прочности материала: U< 450-500м/с α1л и α2л – конструктивные углы – характеризуют значение скоростей C1 и C2 и влияют на уровень потерь энергии в ступени.

Проектируют ступени турбин при условии λс1 < 0,99

α2~C2, при α2=90o; C2=C2min α2 определяет потери связанные с выходной скоростью при α2=90 – эти потери минимальны. α2=70…90o – для первой ступени – это позволяет сработать больший теплоперепад при меньшей реактивности.

ПАРАМЕТР НАГРУЖЕННОСТИ СТУПЕНИ:

СsСТ – изоэнтропическая скорость потока на выходе из ступени uср – окружная скорость; С2sСТ =2HстS - теплоперепад х – хар-ет с одной стороны кинематические параметры и определяет η ступени, с другой стороны связывает геометрические размеры ступени с теплоперепадом Чем меньше x, тем больше теплоперепад и больше нагружена ступень турбины. Параметры торможения

КОЭФЦИЕНТ НАГРУЗКИ:

КОНФУЗОРОНОСТЬ:

Конфузорность – отношение площадей входа к выходу

k – характеризует уровень потерь энергии в межлопаточном канале

В h-s диаграмме невозможно разделить потери на трение и на объем; отрезок h2-h2s показывает чистые потери на трение. А ΔLv совершает полезную работу на валу.

Энергетические параметры:

Степень расширения :

Работа на валу ступени, действительный теплоперепад:

Изоэнтропический перепад по параметрам торможения: Располагаемый, полный изоэнтропический теплоперепад:

Изоэнтропический КПД:

Окружной КПД:

- учитывает потери энергии связанные с высокой скоростью

Действительная работа на валу Lcm* ниже теоретической на величину потерь связанных с перетеканием рабочего тела через зазоры, диска о воздух и механические потери в опорах.

Мощностной КПД

Концевые потери η конц.- потери на трение сопротивление.

Степень реактивности

Степенью реактивности – называется отношение теплоперепада в рабочем колесе к теплоперепаду всей ступени. Степень реактивности – это показатель теплоперепада умноженного на 100.

- изоэнтропическая степень реактивности изменяется от 0 до 1

• активная ступень.

- чисто реактивная ступень.

- реактивная ступень.

- удобно использовать в эксперименте

Изоэнтропическая степень реактивности

Действительная степень реактивности:

Кинематическая степень реактивности: удобна тем что позволяет связать соотношение срабатываемого теплоперепада в ступени с треугольником скоростей при условии Са1=Са2

∆Сu

Коэффициент учитывающий потери.

На среднем радиусе необходимо задаваться ρs c учетом того что к к втулочному сечению степень реактивности уменьшается и в реальном процессе степень реактивности ρд ниже чем ρs. Если не учесть это приведет К тому что ρ1< ρ2 по втулке происходит обратный ток.

.

Типы элементарных ступеней в зависимости от степени реактивности.

Нагруженность ступеней будем определять степенью нагруженности: μ=1,2-1,8 Пусть ρ=1 - ступень чисто реактивная

- Политропическая работа в C.A.

- Политропическая работа в P.K.

Изобразим треугольники скоростей с максимальным перепадом ступени (Hscm)

Для степени реактивности равной ρ =1: L р.к.= Lст, Hркs=Hстs

Чтоб реализовать ρ=1 необходимо чтоб /С1/=/С2/, и /Сu1/=/Cu2/ и получается, что С2 имеет значение далекое от min. Потери связанные с выходной скоростью max.

т.к. работа расширения в сопловом аппарате равна 0, то Со=С1, отсюда следует, что межлопаточный канал выполнен с постоянным сечением, т.е. α0=α1, а β1л>> β2л Перегрузка РК, а СА разгружен и служит только для разгона потока. Значение скорости w2 имеет max и λw2 может стать больше 1, что приведет к волновым потерям и возникновению скачков уплотнений.