7.8 Мощность турбиной ступени и турбины.

Мощность, развиваемая паром или газом внутри цилиндра турбины, назы­вается внутренней мощностью турбины . Ее можно определить (в кВт) по уравнению

(7.1)

где G – секундный массовый расход рабочего тела; энергия, исполь­зуемая в турбине, отнесенная к 1 кг газа или пара.

Часть внутренней мощности турбины расходуется на преодоление трения вала в подшипниках и на привод масляного насоса и регулирующего устройства. Поэтому мощность, получаемая на валу турбины

(7.2)

Мощность называется эффективной мощностью.

Если турбина привод генератора электрического тока, то мощность, по­лучаемая на зажимах генератора, называется электрической мощ­ностью . Эта мощность меньше эффективной мощности на величину потери мощности в генераторе :

. (7.3)

Мощность, при которой турбина работает с наибольшим КПД, назы­вается экономической мощностью ,а максимальная мощность, которую турбина может длительно развивать – номинальной мощ­ностью . Экономическая мощность составляет обычно 80 – 90% номиналь­ной мощности, а у современных крупных паровых турбин может равняться ей.

7.9 Потери в ступенях турбины.

Потери в соплах. Потери кинетической энергии в соплах вызываются главным образом вихревыми движениями частиц пара или газа и трением частиц друг о друга и о стенки сопел.

Действительная скорость истечения через сопла . Опытные значения =0,93÷0,98.

Рис. 7.14. Подсос рабочего тела на ло­патки

Рис. 7.15. Коэффициенты для активных сту­пеней

Потери кинетической энергии в соплах определяются по формуле:

Дж/кг; (7.4)

Потери на рабочих лопатках. Основные причины этих потерь следующие: вихревые движения частиц пара или газа в каналах рабочей решетки и у кромок лопаток; трение частиц друг о друга и о стенки каналов; под­сос пара или газа на лопатки. Последние потери обусловлены тем, что вход­ная высота рабочих лопаток активных ступеней делается всегда больше выходной высоты сопел, чтобы обеспечить попадание пара или газа на ло­патки (рис. 7.14). Вследствие этого струей рабочего тела из пространства, окружающего рабочий диск, подсасываются частицы пара или газа в «мерт­вые» пространства (на рис. 7.14 отмечены точками). На ускорение этих частиц для выброса их из лопаток затрачивается энергия, представляющая собой потерю.

Вследствие потери кинетической энергии действительная скорость пара или газа, выходящего из каналов рабочих лопаток, меньше как было указано, . На рис. 7.15 даны значения для активных ступеней в зависимости от длины лопаток и отношения углов . Для ступеней с = 0,06÷0,12 эти значения следует увеличить на 1,5 – 2. Для ступеней с = 0,5 можно принять = 0,95÷0,96.

Потеря кинетической энергии на рабочих лопатках воспринимается ра­бочим телом в форме эквивалентного количества тепла, вследствие чего действительное значение энтальпии на выходе из рабочей решетки больше . Поэтому потери на рабочих лопатках можно определить по фор­муле:

Дж/кг (7.5)

Потери с выходной скоростью. Пар или газ уходит из рабочей решетки с абсолютной скоростью , следовательно, с кинетической энергией называемой энергией выходной скорости. В многоступенчатых турбинах энергия выходной скорости данной ступени используется в последующей; в активных турбинах – частично (около 0,5–0,8 от ), в реактивных тур­бинах – полностью. Энергия выходной скорости последней ступени полностью теряется. Если обозначить через долю энергии выходной скорости 1 кг пара или газа, используемой в следующей ступени, то энергия, факти­чески теряемая в данной ступени с выходной скоростью, т. е. потеря с вы­ходной скоростью, будет равна:

Дж/кг (7.6)

Эта энергия превращается в эквивалентное количество тепла, восприни­маемого паром или газом и повышающего его энтальпию на величину

Вентиляционные потери и потери на трение диска о пар или газ. Если в ступени имеет место парциальный подвод рабочего тела, то это обуслов­ливает следующие основные потери:

а) при вращении диска лопатки, не получившие в данный момент пар или газ из сопел, захватывают и перемещают рабочее тело, заполняющее пространство, в котором вращается диск, действуя как вентилятор; на это затрачивается часть энергии свежего пара или газа;

б) при подходе рабочих лопаток к соплам часть энергии свежего пара или газа затрачивается на выталкивание – «выколачивание» – нерабочего пара или газа из каналов рабочей решетки;

в) на лопатках, получивших пар или газ и отошедших от сопел, нормаль­ное течение рабочего тела нарушается и к. п. д. снижается.

Перечисленные потери называются вентиляционными. Часто два последних вида потерь, связанных с явлениями, происходящими по концам дуги расположения сопел, называют концевыми потерями или по­терями на выколачивание.

При вращении диска в пространстве, заполненном паром или газом, как при парциальном, так и полном подводе возникает трение между диском и паром или газом, на преодоление которого затрачивается часть энергии свежего рабочего тела, представляющая потерю на трение диска о пар или газ.

Вентиляционные потери и потери на трение диска о пар или газ могут быть определены по следующей эмпирической формуле:

, (7.7)

где мощность, эквивалентная вентиляционным потерям и потерям на трение диска о пар или газ, в кВт; коэффициент, равный для насыщен­ного пара 1,2 – 1,3; для перегретого пара 1,0 – 1,2; для воздуха и газа 1,0; средний диаметр диска в м; степень парциальности; выходная высота рабочих лопаток в см; и – окружная скорость на среднем диаметре диска в м/с; плотность пара или газа, окружающего диск, в кг/м³.

Рассматриваемые потери, как видно из формулы, сильно растут с уве­личением окружной скорости.

Потери вентиляционные и на трение диска о пар или газ, отнесенные к 1 кг, равны:

кДж/кг; (7.8)

где секундный массовый расход рабочего тела кг/с.

Энергия, не использованная в ступени вследствие вентиляционных потерь и потерь на трение диска о пар или газ, воспринимается рабочим телом в форме эквивалентного количества тепла, в результате чего энтальпия его увеличи­вается на величину .

Следует указать, что газовые турбины выполняются обычно с полным подводом газа, поэтому вентиляционные потери в них отсутствуют.

Потери от утечек пара или газа. Сюда относятся: утечки пара или газа через зазоры между диафрагмой и валом в многоступенчатых активных тур­бинах; утечки пара или газа через радиальные зазоры между ротором и направляющими лопатками и между ротором и корпусом в реак­тивных турбинах.

Из-за утечек через зазоры используемая в данной ступени энергия умень­шается на величину для каждого килограмма рабочего тела. На такую же величину становится больше энтальпия пара или газа за рабочими лопат­ками данной ступени.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия паровой турбины.

2. Как классифицируют паровые турбины?

3. Чем отличается принцип работы активных и реактивных турбин?

4. Из каких основных элементов состоит турбинная ступень?

5. Какие характеристики ступени определяют оптимальное отношение скоростей ?

6. Что такое степень реактивности турбинной ступени?

7. Почему применяют многоступенчатые турбины?

8. Какие факторы влияют на предельную мощность турбины?

9. Назовите виды регулирования турбин.

10. Какие функции выполняет конденсатор?

11. Расшифруйте обозначение турбины ПТ-60-130/13.