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.
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…
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.
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…
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…
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 :
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
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…
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…
- 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;
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:
…
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…
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