Глава 4 – основные закономерности рабочего процесса турбины

Глава 4 – основные закономерности рабочего процесса турбины

Турбина – это лопаточная машина, в ко­торой происходит непрерывный отбор энергии от сжатого и нагретого газа, а также преобразование ее в механическую энергию вращения ротора.

 

Рисунок 4.1 – Многоступенчатая паровая турбина

Турбины бывают одно и многоступенчатыми. Максимальное число ступеней в турбинах авиационных ГТД достигает 7 штук. Число ступеней паровых турбин может превышать эту величину.

По направлению движения рабочег7о тела турбины делятся на осевые, центробежные, центростремительные и диагональные.

Ступень турбины обычно состоит из двух лопаточных венцов: неподвижного соплового аппарата и неподвижного рабочего колеса.

В ступени турбины выделяются три характерных сечения:

¾ на входе в СА сечение 0-0;

¾ на выходе из СА (на входе в РК) сечение 1–1;

¾ на выходе из РК сечение 2-2.

Величина степени расширения ступени турбины обычно находится в интервале от 1,5 до 5. Большие значения соответствуют высоконагруженным осевым турбинам высокого дав­ления и центростремительным турбинам, а меньшие – турбинам низкого давления. В настоящее время сущест­вует тенденция сокращения числа ступеней лопаточных машин в ГТД. Из-за этого требования степень расширения газа в одной ступени перспективной осевой ступени может превышать 5.

Принцип действия ступени турбины

На входе в СА газ имеет начальные параметры T*0 и p*0 и скорость c0 направленную под углом α0 к фронту решетки. Для исключения потерь связанных…    

Изменение основных параметров по длине проточной части турбины

Как было отмечено при объяснении принципа действия, межлопаточные каналы РК и СА турбины имеют конфузорную форму. Поток в них ускоряется: в… Абсолютная скорость потока в РК снижается из-за отбора энергии от по­тока… Запишем уравнение энергии в тепловой форме в абсолютном движении для решетки РК:     …

Основные параметры, характеризующие рабочий процесс в ступени турбины

Основные параметры ступени осевой турбины принято условно разделять на три группы: геометрические (см. раздел 1.9.3), кинематические (или газодинамические) и энергетические (или термодинамические).

Основные кинематические параметры ступени осевой турбины

Кинематическими называются параметры, связанные с кинематикой по­тока: скоростями, углами натекания и т.п. Большинство кинематических па­раметров изображается на плане скоростей (рисунок 4.2, в и 4.4) Они обычно рас­сматриваются на среднем диаметре. Важнейшими из них являются перечисленные ниже.

Важнейшие кинематические параметры

Рисунок 4.4 – План скоростей ступени осевой турбины 1. Окружная скорость на среднем диаметре . Ее величина в современных… С другой стороны величина окружной скорости определяет напря­женно-деформированное состояние лопаток и дисков…

Параметр нагруженности турбины

где – условная изоэнтропическая скорость – скорость истечения из гипо­тети­ческого сопла, степень расширения и температура газов в котором равны… С одной стороны, характеризует кинематику по­тока в ступени. С другой… В случае отсутствия потерь диапазон изменения параметра нагруженности = 0...…1. При турбина предельно загружена…

Коэффициент нагрузки ступени и диаграмма Смита

Если сравнить формулы коэффициента нагрузки и параметра нагруженно­сти , то можно заключить, что это близкие по смыслу величины, зависящие от… Коэффициент нагрузки применяется в основном в зарубежной практике… Связь коэффициента нагрузки с коэффициентом расхода была установ­лена в 1965 году Смитом с помощью специально…

Основные энергетические параметры ступени осевой турбины

Энергетическими называют параметры, связанные с процессом преобразо­вания энергии в ступени турбины. Чтобы познакомиться с ними ниже будет рассмотрен процесс преобразования энергии в ступени. Однако прежде чем приступить к этому стоит отметить один важный параметр – степень расшире­ния газа в турбине . Строго говоря, при рассмотрении рабочего процесса в турбине выделяют две степени расширения – -степень расширения до пол­ного давления и - степень расширения до статического давления на вы­ходе :

4.24

Преобразование энергии в ступени турбины и КПД турбины

С точки зрения термодинамики в турбине происходит процесс расширения газа. Этот процесс может быть проиллюстриро­ван с помощью термодинамиче­ских…   Рисунок 4.10 - р-v диаграмма процесса расширения

Изображение рабочего процесса в турбине на i-s диаграмме

  Рисунок 4.13 i-s - диаграмма процесса расширения газа в ступени турбины Точка 0 на изобаре характеризует состояние газа на входе в СА. Линия 0-2s соответствует идеальному…

Понятие о степени реактивности

Различают изоэнтропическую и действительную степени реактивности. Изоэнтропической степенью реактивности называют отношение:   … Пренебрегая разностью величин ( ) и ( ), для записывают другое… Данное выражение более употребимо, чем предыдущее, поскольку с его помощью него может быть определено давление на…

Рабочий процесс в сопловом аппарате осевой турбины

- криволинейность межлопаточных каналов, обусловленную необходимо­стью поворота потока; - наличие конечной толщины выходных кромок и вызванные этим об­стоятельством… - геометрию выходной части межлопаточного канала в виде «косого среза» сопла;

Рабочий процесс в рабочем колесе осевой турбины

  Рисунок 4.17 – Возможные варианты планов скоростей ступени осевой турбины: а -… Из планов скоростей следует, что при известных параметрах на выходе из СА скорость определяется из выражения: …

Газодинамическая нагруженность лопаток турбины и выбор их числа

  Рисунок 4.19 – Типовое поле распределения статических давлений в межлопаточном… Как видно из рисунка, давление на корытце больше давления на спинке. Это вызвано несколькими обстоятельствами. С одной…

Направление потока за лопаточным венцом турбины

Угол наклона выходных кромок лопаток СА и РК значительно меньше 90°, что обусловливает наличие косого среза АВС (рисунок 4.26) на выходе из…   Рисунок 4.26 - Схема течения газа в косом срезе сужающейся сопловой решетки