Характеристики ступени турбины

Анализ протекания характеристик ступени турбины будем производить при следующих условиях: и=constи равны расчетным,aменяется за счет.

а) Зависимость параметра расхода от

Рис. 6.11.Зависимость параметра

расхода ступени турбины от

По мере возрастания степени понижения давления газа в ступени (начиная со значений, близких к) растет соответственно и перепад давлений на сопловом аппарате. Увеличениевызывает увеличение скорости истечения газа из соплового аппарата и соответственно рост скорости в самом узком его сечении «са-са» (горле, рис. 6.10), т.е. увеличение. Следовательно, увеличивается и параметр, пропорциональный(рис.6.11). Однако увеличениебудет продолжаться лишь до тех пор, пока степень понижения давления газа в сопловом аппарате не станет близкой к её критическому значению (произойдет «запирание» СА) или пока не будет достигнута скорость звука в межлопаточных каналах находящегося за ним рабочего колеса («запирание» РК). Дальнейшее увеличениеуже не будет оказывать влияния на параметр расхода.

б) Зависимость КПД ступени от

При увеличении увеличивается степень понижения давления в СА π_са, поэтому скорость истечения газа из САс₁увеличивается, как показано на участкеI, рис. 6.12. В конце этого участка скорость газа в самом узком сечении (са-са) межлопаточного канала СА (рис. 6. 10) достигает значения местной скорости звука. Поэтому при дальнейшем увеличениина участкеIIс₁продолжает возрастать из-за расширения газа в косом срезе решетки СА и в конце этого участка достигает максимального значения. На третьем участке увеличение, как уже отмечалось выше, не приводит к увеличениюс₁.

Рис. 6.12.К объяснению зависимости стступени турбины от		Рис. 6.13. К анализу влияния u/c1на КПД ступени

Рассмотрим, как при этом будут изменяться КПД ступени турбины при условии, чтоокружная скорость РК u=const. При этом условии параметрu/c₁будет изменяться обратно пропорциональнос₁(рис. 6.12).

Пусть расчетному режиму работы ступени соответствует значение , при котором параметрu/c₁₌(u/c₁)_опт, угол атаки лопаток РК равен нулю (рис. 6. 14б), а η_стмаксимален (см. точку 1 на рис. 6.12 и рис 6.13).

Рис. 6.14.Отрыв потока с лопаток рабочего колеса

Если снизить до значения, то из-за сниженияс₁параметрu/c₁возрастет (см. точку 2 на рис. 6.12), поэтому η_стснизится не только из-за увеличенияu/c₁, но и из-за возникновения отрыва потока с корытца профиля РК (рис. 6. 14,в).

Увеличение до значенияприведет к ростус₁и к снижению параметраu/c₁(см. точку 3 на рис. 6. 12).При этом η_сттакже снизится не только из-за сниженияu/c₁, но и из-за отрыва потока со спинки профиля лопаток РК (рис. 6. 14,а).

Увеличение на участкеIII(рис. 6. 12) уже не вызывает изменениес₁и, соответственно, изменениеu/c₁. Но η_ст на этом участке продолжает снижаться из-за увеличения относительной скоростиW₂ на выходе из РК за счет расширения газа в косом срезе решетки РК, что увеличивает волновые потери и потери на трение в РК.

На рис. 6.13 пунктиром изображен характер изменения η_ст, когда каждому значению параметраu/c₁ соответствовует такая форма профилей лопаток РК (рис. 6.7), при которой угол атаки лопаток РК равняется нулю. Поэтому отрыв потока с лопаток не возникает. Сплошной линией на рис. 6.13 показано изменение η_стдля одной и той же турбины, когда при изменении параметраu/c₁форма профиля лопаток РК не меняется. Поэтому в этом случае изменение параметраu/c₁вызывает не только изменение потерь ξ_са,ξ_рки ξ_вых, но и отрыв потока с профилей РК.

Изменение η*_сткачественно аналогично изменению η_ст, но его максимальное значение сдвинуто по отношению к максимальному значению η_ст

(рис. 6.13).

в) Зависимость параметра работы от

Если бы значение при измененииоставалось неизменным, то параметр работы ступени

изменялся бы в зависимости от так, как показано на рис. 6.15 штриховой линией. Но с учетом измененияэта зависимость протекает так, как показано на этом рисунке сплошной линией.

На рис. 6.15 представлена характеристика ступени турбины при λ_u=λ_up. Максимальное значение степени понижения давления в ступени турбины ограничено условием достижения осевой составляющей скорости газа за РК, равной скорости звука. Этот режим отмечен на этом рисунке штриховкой справа.

Рис. 6.15.Характеристика ступени турбины при λu=λup		Рис. 6.16. Характеристика ступени газовой турбины

При изменении значения (или параметра) по сравнению с расчетным значением все кривые, изображенные на рис. 6.15, несколько смещаются и деформируются.

На рис. 6.16 приведен пример характеристики ступени с 2,2 при различных значениях. При расчетном значениикривые,и(кривые1 на рис.6.16) протекают в зависимости от примерно так же, как и на рис. 6.15. При снижении(или) по сравнению с его расчетным значением для сохранения близкого к оптимальному значениянеобходимо снижать и. Поэтому максимумдостигается в этом случае при меньшем значении. Соответственно деформируется и зависимостьот.