Под реактивной турбиной мы будем подразумевать турбины, в большинстве ступеней которых степень реактивности с > 0.5.

Рис. 50

Продольный разрез многоступенчатой активной турбины показан на рис. 50. На валу насажены диски с расположенными на их периферии рабочие лопатки. Диски разделены между собой диафрагмами, в которых расположены сопловые лопатки.

Во многих турбинах применяется сопловое парораспределение. Поэтому первая ступень проектируется с переменной степенью парциальностью. Такая ступень получила название регулирующая.

Мы видим, что полный теплоперепад всей турбины равномерно распределяется между последовательно расположенными ступенями турбины. На рис. 50 показан график изменения давления рабочего тела, крутящего момента на валу турбины и скоростей потока по отдельным ступеням активной турбины.

На рис. 51 показан процесс расширения рабочего тела в многоступенчатой турбине в h,s-диаграмме.

Рис. 51

Процесс расширения состоит из последовательно расположенных процессов отдельных ступеней, где конечное состояние предыдущей ступени является начальным для последующей ступени.

По мере расширения рабочего тела его удельный объём будет расти, что приведёт в последних ступенях к значительному росту проходного сечения сопловых и рабочих решёток и, в конечном итоге, к увеличению диаметров ступеней и высот лопаток.

На рис. 52 показана конструктивная схема проточной части реактивной турбины.

Обычно в реактивной турбине при сопловом парораспределении первая (регулирующая) ступень выполняется активной. За ней размещаются реактивные ступени с полным подводом рабочего тела.

Рис. 52

На рис. 52 также приведён график изменения давления и скоростей рабочего тела в проточной части реактивной турбины.

На рис. 53 показан процесс расширения рабочего тела в h,s-диаграмме.

Так как в реактивной турбине процесс расширения рабочего тела происходит как в сопловых решётках, так и в рабочих, то изменение термодинамического состояния рабочего тела на диаграмме изображается непрерывной плавной линией.

В связи с большими значениями (u/сф)опт в реактивных ступенях по сравнению с активными при одной и той же окружной скорости u перерабатывается меньший теплоперепад и число этих ступеней в многоступенчатой турбине будет больше.

Рис. 53

Основное преимущество многоступенчатой турбины по сравнению с одноступенчатой заключается в том, что потери энергии в каждой ступени турбины приводит к повышению температуры рабочего тела перед последующей ступенью, т.е. располагаемый теплопепрепад этой ступени возрастёт по сравнению с расчётным.

В результате сумма располагаемых теплоперепадов в многоступенчатой турбине будет больше по сравнению с располагаемым теплоперепадом, взятым для всей турбины по основной изоэнтропе HТ0.

Тогда использованный топлоперепад всей турбины будет равен:

,

где Q - часть потерь в ступенях турбины, которые могут быть использованы в последующих ступенях.

КПД всей турбины будет равен:

,

где qТ - коэффициент возврата теплоты.

Коэффициент возврата теплоты можно найти по приближённой формуле:

,

где z - число ступеней турбины,

kT = 4.8 х 10 -4 - для турбины, работающей в области перегретого пара;

kT = 2.8 х 10 -4 - для турбины, работающей в области влажного пара;

kT = (3.2 - 4.3) х 10 -4 - для турбины, работающей в переходном диапазоне от области перегретого пара в область влажного пара;

на рис. 54 приведены кривые изменения коэффициента возврата теплоты в зависимости от числа ступеней турбины при различных значениях относительных внутренних КПД ступени.

Рис. 54

Лекция 15

Определение размеров последней ступени турбины

Для определения размеров последней ступени в первую очередь задаются КПД процесса расширения рабочего тела или определяют его по статистическим данным.

По величине р2, обычно равным в первом приближении рк, находят удельный объём рабочего тела хк

Задавшись потерями с выходной скоростью ДHв.с. определим:

.

И по уравнению неразрывности, т.к. б2 = 900, то

,

находим Щ=рd2l2 - осевую (кольцевую) площадь выхода из последней ступени.

В современном турбостроении при выполнении лопаток из высококачественной стали и при частоте вращения ротора турбины n=50 1/c осевая площадь выхода Щ = 8 - 10 м2.

Задавшись отношением И = d2/l2, можно определить средний диаметр ступени:

,

где i - число потоков; ДHв.с - в Дж/кг.

Отношение И = d2/l2 > 3;

в ступенях с предельным напряжением в лопатках отношение лежит в пределах: 2.7< И < 3;

в крайнем случае И = 2.4 - 2.7.

15.1 Распределение теплоперепадов между ступенями турбины

Чтобы найти число ступеней и разбить теплоперепад между ступенями, необходимо построить диаграмму, изображённой на рас. 55.

Рис. 55

Для этого сначала находим располагаемый теплоперепад i-той ступени турбины по формуле

кДж/кг,

где di - [м] - средний диаметр i-той ступени; n - [оборот/мин] - частота вращения ступени. Для первой ступени коэффициент k0=1, для промежуточных ступеней k0=0.92 - 0.96.

Отношение можно определить по формуле (83), при этом для первых ступеней цилиндра степень реактивности с принимается равным 0.1 - 0.25, а для последующих ступеней степень реактивности по среднему диаметру ступени можно рассчитать по формуле

,

где ск - степень реактивности ступени в корневом сечении; l/d - веерность ступени.

Подсчитав располагаемый теплоперепад для нескольких промежуточных ступеней, можно построить кривую H0 на диаграмме на рис. 55.

Далее по этой диаграмме, разделив базу а на m равных частей, определяем средний располагаемый теплоперепад

.

После этого можно найти число ступеней цилиндра по формуле

,

где - располагаемый теплоперепад, найденный по состоянию пара в камере регулирующей ступени до давления в выхлопном патрубке; qT - коэффициент возврата теплоты, определяемый по формуле (165).

Результат расчёта числа нерегулируемых ступеней округляется до целого числа z. Далее, разделив отрезок a на (z-1) частей находим теплоперепады для каждой ступени непосредственно из диаграммы на рис. 55.

Зная расход рабочего тела на первой и последней ступенях цилиндра и определив по is-диаграмме удельный объём рабочего тела соответственно первой и последней ступени, находим высоту лопатки последней ступени по формуле

.

Приняв КПД последней ступени , можно вычислить изгибающие напряжения в рабочих лопатках

,

где ; - минимальный момент сопротивления для данного профиля, имеющего выбранное значение хорды b2, и тип профиля, определяемого по Атласу профилей при bатл.

Тогда

.

Обычно для ступеней активного типа принимают МПа, а для ступеней реактивного типа МПа. Если выбранная хорда профиля не обеспечивает необходимого значения , то новое значение хорды выбирается обратно пропорциональным квадратному корню из изгибающих напряжений

.

Размещено на Allbest.ru