Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости

а). Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ = 0

Рассмотрим изображение процесса расширения пара в двухвенечном колесе скорости со степенью реакции на венцах ρ = 0 на диаграмме h-s (рис. 84).

На пересечении изобары Р_о и изотермы t_о, найдем точку А_о, определяющую состояние пара перед двухвенечным колесом скорости. Этому состоянию соответствует энтальпия h_o, характеризующая запас потенциальной энергии на входе в двухвенечное колесо скорости.

Теоретический процесс расширения пара в двухвенечном колесе скорости изобразится на диаграмме h-s вертикальной прямой (адиабатой), пересечение которой с изобарой Р₁ даст точку А_1t, определяющую состояние пара за двухвенечным колесом скорости. Этому состоянию соответствует энтальпия h_1t, характеризующая запас потенциальной энергии на выходе из двухвенечного колеса скорости.

Адиабатный теплоперепад, срабатываемый в двухвенечном колесе скорости, равен разности энтальпий h_a = h_o-h_1t, так как рассматриваемое двухвенечное колесо скорости со степенью реакции на венцах ρ = 0, расширение пара происходит только в соплах первого рабочего венца, далее давление пара остается постоянным. Поэтому адиабатный теплоперепад в соплах первого рабочего венца h_ad равен адиабатному теплоперепаду, срабатываемому в двухвенечном колесе скорости h_a. Притечении пара через сопла первого рабочего венца часть кинетической энергии q_d теряется вследствие трения пара о поверхности каналов, образований завихрений и других явлений. Термин «потери» не означает, что количество энергии q_d исчезло бесследно. Эта часть энергии расходуется на преодоление сопротивлений (в частности, трения пара о поверхность каналов) в реальном потоке, что в конечном итоге приводит к повышению энтальпии пара за соплами первого рабочего венца при постоянном давлении Р_1. Поэтому действительная энтальпия пара за решеткой сопел первого рабочего венца h_d окажется больше теоретической на величину q_d, т.е. h_d= h_1t,+ q_d. Откладывая вверх от точки А_1t отрезок, равный потерям энергии q_d,, найдем действительную энтальпию пара за решеткой h_d. Пересечении линии h_d=const с изобарой Р₁ определит точку А_d, характеризующую действительное состояние пара за соплами первого рабочего венца.

Соединив точки А_о и А_d, получим линию действительного процесса расширения пара в соплах первого рабочего венца.

После сопел пар поступает на первый венец рабочих лопаток, где также как и в соплах часть кинетической энергии q_s1 теряется вследствие трения пара о поверхности каналов, образований завихрений и других явлений. Термин «потери» не означает, что количество энергии q_s1 исчезло бесследно. Эта часть энергии расходуется на преодоление сопротивлений (в частности, трения пара о поверхность каналов) в реальном потоке, что в конечном итоге приводит к повышению энтальпии пара за первым рабочим венцом при постоянном давлении Р_1. Поэтому действительная энтальпия пара за первым рабочим венцом h_s1 окажется больше теоретической на величину q_s1, т.е. h_s1= h_d+ q_s1. Откладывая вверх от точки А_d отрезок, равный потерям энергии q_s1,, найдем действительную энтальпию пара за решеткой h_s1. Пересечении линии h_s1=const с изобарой Р₁ определит точку А_s1, характеризующую действительное состояние пара за первым рабочим венцом.

Соединив точки А_d и А_s1 получим линию действительного процесса преобразования энергии пара на первом рабочем венце.

Аналогично производится построение точек А_ни А_s2, с учетом потерь q_н и q_s2 соответственно и определением энтальпий пара h_н и h_s2.

На выходе из двухвенечного колеса скорости пар имеет скорость . Отсюда поток пара, покидая двухвенечное колесо скорости, обладает соответствующей кинетической энергией . Эта энергия не может быть использована для преобразования в полезную механическую работу и поэтому для данного двухвенечного колеса скорости эта энергия потеряна. Величина, равная q_а= , называется потерей с выходной скоростью.

За двухвенечным колесом скорости поток пара, обладающий скоростью , постепенно затормаживается, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию, что характеризуется повышением энтальпии пара при постоянном давлении. В результате с учетом потерь энергии q_а энтальпия пара будет равна h_в= h_s2+ q_а. Проведя линию h_в=const до пересечения с изобарой Р₁, получим точку А_а, характеризующую состояние пара с учетом потерь энергии.

а). Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ > 0

Двухвенечные колеса скорости, устанавливаемые в качестве первой регулировочной ступени турбины, обычно выполняются с некоторой степенью реакции на рабочих и направляющих венцах. Введение степени реакции на венцах ступеней скорости улучшает аэродинамические качества проточной части, обеспечивает плавность изменения высот лопаток и приводит к повышению их экономичности (потери от подсоса в корневых сечениях лопаток могут быть сведены к нулю). Однако следует иметь в виду, что наличие разности давлений по вендам лопаток приводит к появлению осевых усилий и потерь от протечек пара через радиальные зазоры лопаток и осевые зазоры в окружном направлении при парциальном впуске. Величину радиальных и осевых зазоров принимают такой, чтобы исключались задевания в проточной части. Для определенной ступени при установленных практикой зазорах существует степень реакции, при которой КПД ступени имеет максимальное значение. Степень реакции может быть найдена опытным путем и путем выполнения вариантных расчетов.

Получение степени реакции на рабочих и направляющем венцах достигается надлежащим расчетом выходных площадей каналов лопаток. Если эти площади сделать несколько меньше, чем нужно для прохода сквозь них всего количества пара без увеличения скорости, то в венцах устанавливается разность давлений, в результате чего в каналах рабочих и направляющих лопаток будет иметь место расширение пара, сопровождающееся увеличением скорости парового потока.

Степенью реакции на венцах называется отношение адиабатного теплоперепада, срабатываемого в каналах рабочих или направляющих лопаток, к адиабатному теплоперепаду всего двухвенечного колеса скорости. Степень реакции для рабочих и направляющего венцов будет представлена следующими соотношениями:

(4.1.13)

где – h_a, h_as1, h_aн и h_as2 адиабатные теплоперепады соответственно на колесо, на первый рабочий венец, на направляющий венец, на второй рабочий венец.

Суммарная степень реакции колеса с двумя ступенями скорости

(4.1.14)

Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости со степенью реакции на венца ρ > 0 на рис.85.