Работа первой и последней ступени

Каждая ступень рассчитывается для одного определенного так называемого расчетного режима, для которого находятся скорости пара, строятся треугольники скоростей, выбираются профили и размеры сопловых и рабочих решеток. Для этого режима определяются КПД и мощность ступени, прочностные характеристики ее элементов (рабочих и сопловых лопаток, диска, диафрагмы), осевые усилия.

При изменении мощности турбины, а следовательно, и рас­хода пара, при отклонении от номинальных значений парамет­ров пара (начальных, промежуточного перегрева, конечного давления, давления за цилиндрами и отсеками проточной части), при изменении размеров ступени и т. д. тепловой процесс ступени также подвергается изменениям, иногда весьма значительным. При этом меняются скорости пара, реактив­ность, КПД, мощность ступени, прочностные ее характеристи­ки. Для стационарных турбин, служащих для привода элек­трогенератора, нормально работающих с неизменной частотой вращения, окружные скорости сохраняются постоянными. Для приводных и транспортных турбин, а также при некоторых (переходных) режимах энергетических турбин меняются частота вращения и, следовательно, окружные скорости.

Критерии для анализа переменного режима работы ступени.

При детальном расчете переменного режима работы ступени необходимо знать все размеры ступени и физические параметры - давления, удельные объемы, а так­же расход пара и частоту вращения. Однако во многих случаях для определения основных результирующих харак­теристик ступени, в частности реактивности и КПД, удобно использовать безразмерные относительные пере­менные критерии. Базируясь на теории подобия, используем следующие критерии:

а) показатель изоэнтропы х;

б) отношение давлений которое может быть заменено фиктивным (подсчитываемым по фиктивной скорости С_ф) числом М_ф

Относительное изменение числа М_ф будет функцией трех величин:

в) отношение скоростей х_ф = и/с _ф, где

Обозначив индексом 0 все характеристики и параметры, относящиеся к расчетному (номинальному) режиму, получим

или, пренебрегая изменением показателя изоэнтропы χ, приняв, что pv≈RT, и обозначив ,

г) число Рейнольдса Re_ф, подсчитываемое по фиктив­ной скорости с_ф, хорде профиля одной из решеток на каком-то радиусе (если лопатки выполнены с переменной по высоте хордой, то например по хорде сопловой решетки на среднем радиусе) b _1ср, и по вязкости v₂, соответствующей состоянию пара за ступенью,

Для влажного пара добавляются специфические харак­теристики влажности, в том числе степень влажноcти у, дисперсность, доля крупнодисперсной влаги λ _кр.

При анализе переменного режима, особенно если речь идет о ступенях, работающих перегретым паром, можно не учиты­вать влияния изменения тех или иных критериев. Обычно не учитывается изменение показателя изоэнтропы х; часто числа Re_ф настолько велики, что можно пренебречь влиянием их изменения. В ступенях, где скорости потока невелики, т. е. когда принято считать, что рассматривается поток газодина­мически несжимаемой жидкости, то можно пренебречь и вли­янием числа М_ф (обычно при М_ф<0,3 — 0,5).

Относительный внутренний КПД ступени.

Изменение режима работы ступени влияет на ее экономич­ность. Это влияние зависит от расчетных параметров ступени, т. е. отношения скоростей (и/С_ф)₀, реактивности ρ₀ и отношения давлений (ε_ст)₀, определяющих в данных условиях скорости M₁ и М₂, от подбора решеток и других геометрических и конструктивных характеристик ступени.

Если ступень проектировалась так, чтобы в расчетных условиях обеспечить максимально, возможный η_oi, то естест­венно, что изменение режима должно привести к снижению КПД. Однако по условиям технико-экономической оптимизации и унификации, требованиям малого изменения КПД в заданном диапазоне режимов ступень может проектироваться и на условия, не соответствующие наивысшему КПД. В этом случае отклонения от расчетного режима могут привести и к повыше­нию экономичности.

Представим относительный внутренний η_oi ступени через отдельные потери, отнесенные к располагаемому теплоперепаду:

Влияние отношения скоростей м/с_ф на КПД ступени.

Изменение отношения скоростей u/c_ф при ε_ст = const, на­пример, при постоянном теплоперепаде и переменной частоте вращения сказывается на КПД ступени вследствие:

а) изменения потерь с выходной скоростью, вызванного изменением угла ά₂ и, следовательно, величины с₂. Если ступень спроектирована на а_2О≈90^с, то как уменьшение, так и увеличение и/С_ф примерно в равной мере скажется на ΔH_В.С. Однако часто, особенно при небольшой мощности, ступень проектируется на угол а₂₀<90°, что объясняется уменьшением оптимального отношения скоростей за счет дополнительных потерь и упрощением при этом конструкции турбины. В этом случае понижение u/с_ф скажется на ΔH_в.с больше, чем такое же увеличение u/с_ф.