54. Работа ступени при нерасчетном режиме. Изменение треугольников скоростей.

При изменении нагрузки турбины, а следовательно, и расхода пара, при отклонении параметров пара от номинальных режимные характеристики ступени , , и другие могут значительно отличаться от расчетных.

В стационарных турбинах, работающих на электростаниях с постоянной частотой вращения, окружные скорости при изменении нагрузки турбины сохраняются постоянными. Теплоперепады при этом изменяются, причем в различных ступенях по разному. Наибольшим изменениям подвергаются теплоперепады последних ступеней и регулирующих ступеней турбин с сопловым парораспределением.

Рассмотрим, как меняется тепловой процесс ступени при изменении ее теплоперепада. Предположим, что воснову подбора профилей и геометрических размеров сопловых и рабочих лопаток рассматриваемой ступени были положены расчетные треугольники скоростей, показанные на рисунке сплошными линиями.

Д опустим, что при нерасчетном режиме теплоперепад этой ступени уменьшился. Значит, уменьшится и абсолютная скорость истечения пара из сопловой решетки возрастет отношение скоростей .

А бсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки возрастет , уменьшится отношение скоростей. Если при этом начнет превышать скорость звука, поток будет отклоняться в косом срезе сопловой решетки.

Увеличение вызывает уменьшение , и поток будет натекать с положительным углом атаки при входе в рабочую решетку. Этом может вызвать отрыв потока на спинке профиля и значительный рост потерь в рабочей решетке ( реактивность уменьшится, к слову). Абсолютная скорость выхода пара из рабочей решетки увеличится и изменение ее направления приведет к тому, что натекание потока на сопловую решетку последующей ступени будет происходить с положительным углом атаки.

Аналогичные результаты получатся, когда теплоперепад будет постоянным, а частота меняться. Увеличение частоты вращения приведет к изменению треугольников скоростей, аналогичному тому, что происходит при уменьшении теплоперепада.

55. Кпд ступени при нерасчетном режиме. Изменение составляющих потерь располагаемой энергии.

Отклонение от расчетного режима может привести чаще всего к снижению экономичности, если ступень проектировалась так, чтобы в расчетных условиях был максимальный КПД , но иногда и к повышению экономичности, если по условиям технико-экономической оптимизации и унификации, требованиям малого изменения КПД в широком диапазоне нагрузок ресчетный режим не соответствовал наивысшему КПД.

И зменение отношения скоростей влияет на потери в сопловой и рабочей решетка, на потери с выходной скоростью и на относительный лопаточный КПД ступени .

Относительные потери могут быть представлены в виде

56. Расчет ступени при изменении расхода пара через турбину

Сложность задачи состоит в том, что изменение расхода пара приводит к изменению его параметров до и после ступени, которые, в свою очередь, определяют изменение режима ступени.

Решение может быть найдено методом последовательного приближения, причем задача упрощается, если расчет вести не от начальных параметров перед рассматриваемой ступенью, которые неизвестны, а от конечного состояния пара на выходе из турбины.

Задано: G – расход пара через ступень, р₂, t₂ (х₂) – конечное состояние пара, n – частота вращения.

Также известны геометрические размеры ступени: d₁, d₂, l₁, l₂, α1, β2 (α0, β1, bc, bр).

*Рассматриваем дозвуковые течения в решетках.

Расчет проводим с помощью диаграммы h-s. Пусть состояние на выходе из последней ступени турбины соответствует точке а (по параметрам р2, t₂ (х₂)).

Оцениваем ∆Нтр и ∆Нут.

Принимаем .

Т очка b – окончание действительного процесса расширения на рабочих лопатках.

Записываем уравнение неразрывности:

Делаем оценку

Если , то потери энергии вычисляются так:

Если , то принимаем новое значение , и решаем заново.

Принимаем .

Находим теплоперепад, срабатываемый в рабочей решетке:

Точка d – окончание действительного процесса расширения в сопловой решетке.

Давление p₁ – это давление между соплами и рабочими лопатками.

Делаем оценку:

Если , то

Если , то принимаем новое значение , и решаем заново.

Точка d_t– окончание теоретического процесса расширения в сопловой решетке.

Оцениваем потери энергии на трение и от утечек в ступени:

Если и/или , то принимаем новые значения ∆Нтр и ∆Нут.

Если и , то рассчитываем внутренний относительный КПД ступени:

ηoi - отношение действительно срабатываемого теплоперепада к располагаемой энергии ступени.

Вывод: Расчеты всех ступеней турбины, которые проводят, начиная с последней, показывают, что в стационарной турбине, работающей при постоянной частоте вращения, при изменении расхода значительно искажается тепловой процесс только в последних ступенях. В промежуточных же ступенях скорости сохраняются близкими к расчетным, за исключением случаев с очень уменьшенными расходами пара.

Поскольку скорости в промежуточных ступенях и частота вращения неизменны, отношение u/c_ф также неизменно. Поэтому внутренние КПД промежуточных ступеней можно принять постоянными, равными расчетным, что существенно упрощает расчет турбины при переменном режиме работы.