Определение и состав внутренних потерь

Все потери кинетической энергии, связанные с процессом преобразования энергии внутри турбинной ступени называются внутренними потерями, а та часть располагаемого теплоперепада, которая преобразуется в механическую работу называется внутренней работой.

К внутренним потерям относятся:

1. Потери на окружности

∑q_и = q_d + q_s +q_a (2.7.1)

Кроме того, в зависимости от конструкции ступени и её условий работы, могут, в общем случае, иметь место следующие потери:

2. Потери, связанные с протечками пара через зазоры: q_з.

3. Потери, связанные с парциальным подводом пара: q_в.

4. Потери на трение о пар диска и бандажа: q_r.

5. Потери, связанные с влажностью пара: q_х.

6. Неучтенные потери: q_н.

Рассмотрим физическую сущность этих потерь.

2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры

Принципиальная схема зазоров в облопатывании турбинной ступени показана на рис.44.

В реактивной ступени (рис.44а) различают осевой δ_а и радиальный δ_r зазоры. Величина протечек пара определяется радиальными зазорами δ_r, поэтому их стремятся выбрать минимальными. Для того, чтобы уменьшить опасность аварии в случае непредвиденного задевания, на вершинах лопаток выполнено утонение. Величина зазоров δ_r у направляющих и рабочих лопаток обычно одинакова. С точки зрения надежности зазоры должны быть как можно больше, а с точки зрения экономичности – меньше. Зазоры в проточной части турбины должны обеспечивать надежность, а также и экономичность, т.е. выбираться оптимальными.

В ступени активного типа (рис.44б) иногда зазоры специально «уплотняют», т.е. на возможном пути пара устанавливают один–два ряда уплотняющих ножей.

В такой ступени различают:

δ_а – осевой зазор;

– открытый осевой зазор на периферии ступени;

– открытый осевой зазор в корневом сечении;

δ_r – радиальные зазоры.

Принято считать, что «основным» зазором в активной ступени является открытый осевой периферийный зазор .

В результате наличия зазоров появляются потери энергии пара в турбинных ступенях. Это связано либо с утечками пара либо с его подсосами.

Утечки – движение пара из основного потока в зазор, в результате которого количество пара совершающего полезную работу будет меньше на величину ∆G.

Подсосом – принято называть подмешивание инертного пара к его основному потоку. Подсос приводит к уменьшению средней кинетической энергии потока, что ведет также к уменьшению полезной работы, совершаемой паром.

Одним из основных факторов, определяющих величину протечек пара через зазоры, является степень реакции турбинной ступени. По мере увеличения степени реакции растет перепад давлений на рабочих лопатках (Р_d>P₁) и растут протечки пара.

Ранее (2.2) введено понятие степени реакции ступени на среднем диаметре ступени. Опыт показывает, что степень реакции изменяется по высоте лопатки, возрастая от её корня к периферии. Если степень реакции относится к среднему диаметру ступени, то степень реакции на периферии окажется больше , а степень реакции в корневом сечении – меньше . Связь между значениями , и приближенно может быть определена формулами:

(2.7.2)

(2.7.3)

где – степень реакции на среднем диаметре ступени;

– отношение среднего диаметра к высоте лопаток.

При = 0 может случиться, что < 0, т.е. в корневом сечении будет подпор (давление на выходе больше чем на входе). Это вызывает дополнительные потери. Поэтому стремятся, чтобы было > 0 или ≈ 0.

В этом случае определяют:

(2.7.4)

где принимают от 0 до 0,05.

В результате протечек пара через зазоры КПД ступени уменьшается. Величину потерь на протечки через зазоры будем обозначать через q_з.

Эта потеря определяется разностью:

(2.7.5)

где L_и – работа на окружности без учета q_з;

L_из – работа на окружности с учетом потерь;

– коэффициент, учитывающий потери пара на протечки пара через зазоры.

Коэффициент потерь на протечки через зазоры можно определить из следующего выражения:

(2.7.6)

где G – расход пара через ступень;

∆G – протечки пара через зазоры;

а– коэффициент, учитывающий влияние условий работы ступени и её конструктивные особенности.

Рассмотрим протечки пара в активной и реактивной турбинных ступенях.