Лекции по турбинам. Литература 1 А. В. Щегляев Паровые турбины. 2 Б. М. Трояновский Турбины для атомных электростанций
 Скачать 16.91 Mb.
|
Часть этих потерь учитывается внутренним к.п.д. турбины, а часть уменьшением количества пара или газа, работающие в турбине. 65% Cu;от удельного веса среды – чем больше вес, тем больше потери. от размера диска и высоты лопаток. от величины окружной скорости u. 14% Ni; 20% Zu; 1% Su). «Энергомашиностроение» №12 1960г. Число лабиринтов рассчитывается так, чтобы величина утечки была малой, обычно тепловая потеря , Дж/кг Величина осевых зазоров 0,15 – 0,35 мм., радиальных 0,5 – 0,6 мм. Процесс течения пара по лабиринтовому уплотнению показан схематично на рисунках. Весь перепад давлений от Р1 внутри корпуса турбины до Р2 – за лабиринтовым уплотнением распределяется между лабиринтовыми камерами, так как показано на рисунке. При прохождении щели давление пара падает, например, от Р1 до Р’, а скорость возрастает до С1. После щели пар со скоростью С1 попадает в объем А, где скорость потока гасится, переходя в тепло и повышая теплосодержание пара да прежнего значения. Этот процесс показан в координатах is на рисунке. Процессу расширения пара в лабиринте соответствует ломаная ABCDEF. При этом точка A, C, E и т.д. лежат на линии i = const. Наивысшая скорость пара возникает в последнем лабиринте. Для каждой щели справедливо уравнение сплошности , G - массовый расход кт/сек; υ - удельный объем пара м3/кт. Поскольку расход пара или газа через все щели одинаков, то пренебрегая разницей в площадях ------ проходного сечения лабиринтов (т.е. считая все проходные сечения ----- одинаковыми) мы можем написать , т.е. По мере расширения потока в лабиринтах его удельный объем будет возрастать и скорость течения от щели к щели должна увеличиваться, т.е. перепад тепла, срабатываемый в каждой последующей щели, будет больше нежели в предыдущей, что хорошо видно из рисунка. Точки B, D, F лежат на одной кривой, удовлетворяющей . Эти кривые могут быть построены для различных и носят название кривых Фанно. Приближенная теория расчета лабиринтового уплотнения разработана профессором Стодола и затем упрощена профессором Уваровым. I случай: малые перепады давлений в каждой щели В координатах рυ располагаемая работа при расширении пара в одном лабиринте изображается заштрихованной площадью, заключенной между осью ординат, изобарами Р’ и Р’’ и изоэнтропой рυк = const. При небольших перепадах давления ≤ 0,1 для определения располагаемого теплоперепада (или работы) можно пользоваться приближенной формулой Поскольку при расширении пара при течении через щель или сопло вся располагаемая работа идет на приращение кинетической энергии, то можно написать пренебрегая начальной скоростью C0 (оно гасится перед щелью полностью) получим При малом перепаде давлений скорость пара в лабиринтовой щели (1) и расход газа или пара (2) Пар в щели лабиринта дросселируется и процесс происходит при i = const, а, следовательно В выше приведенных формулах удельный объем υ должен относиться к среднему давлению Тогда Подставляя υср в уравнение (2) имеем или (3) Уравнение (3) справедливо для любой щели лабиринта: - для первой щели - для второй щели - для третьей щели ……………………………… - для последней щели Складывая z таких уравнений, получим или Подставляя в формулу (3) получим или Замечая, что можно написать , кг/сек (4) Формула (4) пригодна для случая, когда в лабиринте не возникает критической скорости (большое число лабиринтов), т.е. когда , где Рn - давление в последнем лабиринте. II случай: Если≤ , то расход газа или пара через последнюю щель уплотнения, в которой возникает критическая скорость, может быть подсчитан по формуле для перегретого пара (5) где Рn - давление перед последней щелью. Расход через остальные z-1 щели определяется уравнением (4) с заменой Р2 на Рn. Т.к. расход через все щели одинаков, то Учитывая, что и подставляя в левую часть этого уравнения и сокращая обе части на f и , получим или (6) или (6а) Тогда расход на утечку пара будет зависеть от Рn или умножая на Рn подставляя сюда Р2n из уравнения (6) получим откуда (7) где P1 в [Н/м2] Таким образом, для расчета утечек служат две формулы (4) и (7). Первая применяется в том случае, если отношение . Вторая формула (7) в том случае, если отношение ≤ . Критическое значение Р2 = Ркр за последним рассчитываемым лабиринтом найдем, используя уравнение (6а) (8) Если имеющееся противодавление Р2 > Ркр, то надо применять уравнение (4), если Р2 < Ркр , то надо применять уравнение (7). Утечка через наружные уплотнения вычитается из общего количества пара, работающего в турбине 20. Утечки через уплотнения диафрагм В активных турбинах со ступенями давления каждая ступень отделяется друг от друга диафрагмами, по обе стороны которых устанавливается различное давление. Отверстия в этих диафрагмах, через которые проходит вал, уплотняются так же лабиринтовыми уплотнениями, но обычно более простой форме, нежели концевые уплотнения, ибо доступ и наблюдение за этими уплотнениями затруднены. Чаще всего они выполняются щелевыми или полулабиринтовыми. Величина утечки через уплотнения диафрагмы зависит от разности давлений перед и за диафрагмой. Если эти давления известны, то определить утечку по формулам (4) и (7) не представляет особого труда. Учтя конструкции уплотнения, добавляют в эти формулы коэффициенты расхода μ. Этот коэффициент может быть больше 1, если при проходе через щель частично используется скорость, приобретенная в предыдущей щели (в щелевых уплотнениях, например). Величину коэффициента μ можно брать для щелевых уплотнений по следующему графику Давление перед и за уплотнением можно принимать равным давлению перед и за соплами. Искажение в распределении давления, вносимое вращением диска, обычно учитывается значением коэффициента расхода μ, полученного экспериментальным путем именно для этих условий. Потеря на утечку через уплотнения диафрагм обычно учитывается тем, что в расчетах уменьшается количество пара Gp, работающего на лопатках на величину утечки, т.е. При этом надо учитывать, что каждая диафрагма будет иметь свою утечку Gу.д. и поэтому на каждой ступени Gp может быть разным. В некоторых конструкторских бюро потеря от утечки учитывается снижением к.п.д. ступени, считая, что новое значение к.п.д. , где здесь: - коэффициент, зависящий от отношения площади зазора уплотнения к площади сопел. - коэффициент, учитывающий парциальность впуска. - коэффициент, учитывающий конструкцию уплотнения. Васильев «Теория судовых турбин». 21. Утечки через зазоры облопачивания Выше указывалось, что при отсутствии у лопаточных венцов бандажей происходит, во-первых, перетекание рабочего тела через зазор с вогнутой стороны профиля на выпуклую и, во-вторых, в осевом направлении через этот же зазор происходит перетекание некоторого количества рабочего тела, не принимающего участия в работе на лопатках. Первая потеря относится к концевым потерям на лопаточном профиле и учитывается коэффициентом ψ или коэффициентом . Вторая потеря относится уже к разряду внутренних потерь. Вследствие ее уменьшается количество работающего в турбине рабочего тела. В активных ступенях при отсутствии разности давлений перед и за лопаткой утечка через зазор ничтожна. В реактивных ступенях и в активных с некоторой степенью реакции влияние перетеканий может быть значительным. В целях уменьшения утечек рабочего тела через зазоры облопачивания по концам лопаток применяют специальные уплотнения и меры к уменьшению зазоров. Наиболее простой мерой уменьшения радиальных зазоров является заострение концов реактивных лопаток. В этом случае радиальные зазоре могут быть сведены к минимуму, так как могущее возникнуть задевание лопаток за корпус неопасно. Лучшие результаты дает применение бандажей. Правильный выбор величины радиальных и осевых зазоров обеспечивает, во-первых, надежную эксплуатацию турбин и, во-вторых, малые потери на утечки. Величину радиальных зазоров обычно выбирают в зависимости от отношения по следующему графику. Осевые зазоры у уплотнений реактивных турбин назначаются в пределах для турбин малой мощности, до у турбин большой мощности. Величину осевых зазоров в турбинах активного типа можно ориентировочно выбирать по ниже приведенной таблице. Таблица
Величина потерь в радиальном зазоре зависит главным образом от величины относительного зазора. В ступенях с реакцией эти потери увеличиваются. Наиболее полно вопрос о влиянии утечек разработан Брянским институтом транспортного машиностроения под руководством профессора Кириллова. На рисунке представлена зависимость величины потерь от относительного зазора В современных турбинах потери в зазорах снижают к.п.д. примерно на 2%. Применение рабочих лопаток с бандажом позволяет уменьшить потери в радиальном зазоре до 0,5%. При расчете турбин потери на утечку через зазоры подсчитывают обычно по формуле Андергуба Для того, чтобы по всей высоте ступени поток в рабочей решетке был конфузорным, необходимо, чтобы степень реактивности по высоте везде была больше нуля ρ ≥ 0. Считается, что минимальное значение ρк у корня не должна быть меньше 0,05 или ρк > 0,05. Тогда у вершины лопатки реактивность может быть очень высокой, что приводит к большим утечкам пара через зазоры облопачивания. Если среднее значение реактивности - ρср, то у корня , где у периферии Потери от утечек подсчитываются по формуле , где где: - осевой зазор - рабочее число гребешков = 0,25 - для обандаженных лопаток = 0,5 - для необандаженных лопаток - реакция на периферии. Для ступеней с необандаженными лопатками можно пользоваться упрощенной формулой где - реакция на среднем диаметре. ( Трояновский). Если предположить, что рабочее тело в радиальном лопаточном зазоре движется только вдоль оси турбины и что при этом оно расширяется до противодавления за рассматриваемым венцом, то потерю от перетекания можно учесть введением так называемого волюметрического коэффициента (1) Этот коэффициент представляет собой отношение расхода рабочего тела, совершаемого работу на лопатках к полному расходу, проходящему через ступень. Более полная формула В.К.Гребнева дает где - относительная площадь зазора где ; - реакция на наружном диаметре лопаток. В тепловых единицах потеря от утечки будет В уравнение (1) следует подставлять приведенный радиальный зазор где z - число заострений бандажа. Потери от перетекания можно так же определять по эмпирическим формулам. Так для направляющих лопаток коэффициент потерь равен и для рабочих лопаток В тепловых единицах |