Определение экономичности и оптимизация турбинных ступеней

ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ВНУТРЕННИЙ КПД И ПОТЕРИ ОТ ТРЕНИЯ ДИСКА

Однако кроме перечисленных в ступени имеются так называемые дополнительные потери. Этими потерями могут быть:

  имеющие место в ступенях

работающих влажным паром.

Кроме того, возможно снижение мощности ступени и тем самым ее экономичности в связи в отборами пара и влаго-удалением, а также при специальном охлаждении лопаток.

Следует отметить, что перечисленный выше перечень потерь энергии в ступени весьма условен, так как потери взаимосвязаны. Так, например, перетечка пара нарушает характер обтекания решеток, а потери от влажности включают изменение характеристик решеток. Те или иные дополнительные потери в зависимости от типа ступени, размеров решеток и параметров пара могут существенно снижать экономичность ступени, быть незначительными или вообще отсутствовать. Дополнительные потери влияют также на оптимальные характеристики ступени.

Вращение диска, на котором укреплены рабочие лопатки, в камере, заполненной паром, требует затраты мощности. Мощность, расходуемая на преодоление трения при вращении диска, заимствуется из полезной мощности, развиваемой паром на лопатках, так что получаемая на валу турбины внутренняя мощность меньше мощности М*, развиваемой потоком пара на лопатках турбинной ступени, на величину мощности Д, затрачиваемой на трение диска.

При вращении диска пар, заполняющий камеру ступени, также приводится во вращение. Допустим, что распределение скорости пара в камере может быть представлено диаграммой на рис. 4.1, где скорость частиц пара, прилегающих к диску, равна местной окружной скорости диска, скорость частиц пара, прилегающих к стенке корпуса, равна нулю, а средняя скорость Сер в промежуточных точках камеры зависит от шероховатости поверхности диска и размеров камеры.

Помимо вращения вокруг оси турбины пар, наполняющий камеру, приобретает вихревое движение в меридиональном сечении, как показано на рис. 4.1. Этот вихревой поток пара возникает от того, что частицы пара, прилегающие к диску, ; испытывают центробежные силы, которые вызывают движение

пара от центра к периферии вблизи диска и от периферии к центру вблизи неподвижной поверхности камеры ступени. Вихревой поток в меридиональной поверхности увеличивает затрату мощности на вращение диска. Еще более сложный характер в камере между диафрагмой и диском будет иметь течение пара в часто встречающемся случае выполнения диска с разгрузочными отверстиями (см., например, рис. 4.15).

Пренебрегая в первом приближении влиянием вихревого потока в меридиональном сечении камеры, примем, что сила трения пропорциональна квадрату разности скоростей. Выделяя элементарную кольцевую поверхность радиусом г и шириной (1г, находим элементарную силу трения о диск:

  •>

Элементарная мощность трения равна произведению силы на скорость и должна быть удвоена, если учесть поверхность обеих сторон диска:

Пренебрегая ввиду малости величиной (гвт/гд)5 и проведя несложные преобразования, получим*

, режима течения в зазоре, относитель-

  и шероховатости поверхности.

. В зоне

обычных для паровых турбин чисел Кем и относительных зазоров з/г коэффициент /стр меняется в пределах от 0,45 -10 "3 до 0,8-КГ*.

Относительная величина потери от трения диска составит

  и пренебрегая разницей между ^д и </, где Л—средний диаметр ступени, получим

При свободных цилиндрических и конических поверхностях на ободе диска или барабана следует учитывать потери трения о пар и этих поверхностей. По аналогии с выведенной выше формулой (4.5) получим приближенную зависимость

В—суммарная ширина свободных цилиндрических поверхностей диска или барабана.

Потери от трения наружной поверхности лопаточного бандажа можно определить по той же формуле, что и потери от трения цилиндрической поверхности диска. Однако в отличие от диска ттоверхность бандажа нельзя считать гидравлически гладкой, поэтому численный коэффициент в формуле для трб принимают вдвое большим:

настолько меньше остальных потерь в ступени, что обычно не учитывается.

,

,

  Здесь же представлена кривая зависимости потерь трения диска и бандажа от и/сф. За счет потерь от трения лиска не только снижается экономичность ступени

  тем больше, чем меньше выходная площадь сопловой решетки Ри поэтому они наиболее значительны в ступенях с малым объемным пропуском пара СVи т. е. в первых ступенях турбин небольшой мощности, а также при высоких начальных параметрах пара. В примере расчета многоступенчатой турбины, приведенном в § 6.6, видно, как эти потери, наибольшие в первой ступени, уменьшаются по потоку пара.