Расчет ступеней скорости

Работу, которую развивает 1 кг пара, протекающего через двухвенечную ступень скорости, следует рассматривать как сумму работ в рабочих решетках первого и второго рядов.

На основании формул §3.1 можно написать, что удельная работа пара в рабочей решетке первого ряда равна

Ни = и(сх соза + с2 сока2), во второй рабочей решетке работа составит

Ни = и (с сох а + с2 соз а2).

Таким образом, работа на лопатках всей двухвенечной ступени равна

Относительный лопаточный КПД ступени скорости определится, если полученную на лопатках работу разделить на располагаемую энергию:

С другой стороны, работа, развиваемая паром в рабочих решетках, может быть подсчитана по уравнению энергетического баланса.

Разделив работу на располагаемую энергию, найдем КПД:

  и т. д.— отдельные потери, вы-

раженные в долях располагаемой энергии ступени;

  . Так как обтекание поворотной решетки подобно обтеканию рабочих решеток, то и коэффициент скорости |/п принимается по соответствующим данным для рабочих решеток.

  одновенечной активной

ступени и для двух- и трехвенечных ступеней скорости. Во всех случаях предполагаются чисто активные ступени, у которых степень реактивности р = 0.

  в сопловой решетке при неизменной степени

  сохраняются

. Таким образом, потери

, сохраняются общими как для одновенечной ступени, так и для ступеней скорости.

В одновенечной ступени область, ограниченная кривыми

, при уменьшении

, вызывая резкое падение

КПД. Применяя второй венец, т. е. ступень скорости, можно

—выигрыш в КПД двухвенечной ступени по сравнению с КПД одно венечной ступени.

от 0,23 до 0,27 и в основном также определяется

Значи-

, меньших, чем 0,16, можно частично использовать, применяя вторую поворотную и третью рабочую решетки, т. е. трехвепечную ступень скорости.

  от 0 до 0,18. Достигаемый в результате :

—0,17 в рассматриваемом

равных 0,08--0,16.

  Абсолютные значения

максимальных КПД уменьшаются с увеличением числа венцов, и поэтому применять ступени скорости следует лишь в том случае, когда требуется переработать значительный тенлопе-репад в одной ступени.

окружная скорость

  достигается

  показывает относительный рост располага емого теплоперепада.

и углах

трехвенечных ступе-

  требует по сравнению с одновенечной ступенью уменьшения окружной скорости и соответственно в 2 и 3 раза (рис. 3.30).

Таким образом, оптимальное отношение скоростей (м/Сф)опт для гавенечной ступени скорости должно быть в т раз меньше, чем для одновенечной ступени, т. е. в случае активной ступени

где т — число венцов (рядов рабочих лопаток) в ступени скорости.

Соответственно при одинаковой окружной скорости наивысший относительный лопаточный КПД ступени скорости достигается при четырехкратном по сравнению с одновенечной ступенью располагаемом теплоперепаде Я0 в двухвенечной ступени скорости и при девятикратном — в трехвенечной ступени скорости. Это подтверждается расчетом ступеней, результаты которого даны на рис. 3.29.

Определение размеров сопловой, рабочих и поворотной решеток в ступени скорости производится по формулам, аналогичным выведенным в § 3.3:

)

и т. д.

Если долю располагаемого те-плоперепада всей ступени #0, перерабатываемого в рабочих и поворотной решетках двухвенечной ступени скорости (рис. 3.31), обозначить как

то теоретические скорости потока определятся по формулам

Удельный объем пара для каждой решетки принимается по Л, .у-диаграмме в конце изоэнтропийного расширения.

определяются выходные высоты лопаток:

Отношение выходных высот лопаток выразится так:

, и, следовательно, изменение высот лопаток

  и т. д.

. В то

же время при малых углах а10 увеличивается протяженность спинки профиля в косом срезе, уменьшается величина горла Оь что ведет к росту профильных потерь энергии. Неблагоприятно увеличивается также поворот потока в последующей рабочей решетке.

Большая ширина профиля рабочих лопаток обычно требуется для повышения их прочности, так как значительная паровая нагрузка паровой струи и прерывистое ее действие могут привести к вибрации лопаток и их поломке. Поэтому применяются ступени скорости, имеющие ширину рабочих лопаток до 50—60 мм и более, особенно в ступенях с парциальным подводом пара, характерным для регулирующих ступеней турбин.

  При этом в решетках возрастают концевые потери, что отрицательно сказывается на экономичности ступени.

Необходимое соотношение выходных площадей и высот решеток и повышение КПД ступени скорости могут быть достигнуты применением реактивности в рабочих и поворотной решетках. Однако поскольку такая ступень чаще всего работает с парциальным подводом пара, допускать большую степень реактивности нельзя, так как повышение давления пара в зазорах перед лопатками приведет к увеличению перетекания пара, что вызовет снижение КПД ступени.

от 3 до 12% по отношению к тепловому перепаду ступени.

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные МЭИ, ЦКТИ и ВТИ, позволили отработать несколько вариантов ступеней скорости, обеспечивающих высокую экономичность в определенных заданных условиях. Проточные части и размеры, некоторых из них представлены в §4.6.