Понятие о возвращенном тепле. Связь между КПД многоступенчатой паровой турбины и КПД ее ступеней


а). Понятие о возвращенном тепле

Одной из особенностей преобразования энергии пара в многоступенчатой турбине является использование в ее ступенях так называемого возвращенного, тепла.

Возвращенное тепло - это часть потерь энергии в ступени многоступенчатой турбины, которая полезно используется в последующей ступени.

Внутренние потери энергии через механизм трения превращаются в тепло, повышая энтальпию рабочего тела, поступающего в следующую ступень, и увеличивая тем самым располагаемые теплоперепады в этой ступени. Процесс преобразования энергии дара ввиду потерь сдвигается в сторону роста энтропии, где адиабатный теплоперепад, приходящийся на определенный перепад давлений, увеличивается. На диаграмме h-s изобары с ростом энтропии расходятся. Это можно показать графически (рис. 91).

Рассмотрим на диаграмме h-s процесс преобразования энергии пара в многоступенчатой активной турбине (ρ=0).

На рис. 91 Р1, Р2 и Р3 - давление пара за 1-й, 2-й и 3-й ступенями;

А0, А1 и А2 - точки, характеризующие состояние пара перед 1-й, 2-й и 3-й ступенями;

ha1, ha2 и ha3 – фактические адиабатные теплоперепады в 1-й, 2-й и 3-й ступенях.

, и – теоретические адиабатные теплоперепады в 1-й, 2-й и 3-й ступенях;

- сумма потерь кинетической энергии на окружности и внутренних потерь k-ой ступени.

Для количественного определения величины возвращенного тепла через точки и проведем линии и эквидистантные изобарам Р1 и Р2.

Запишем выражение для действительных адиабатных теплоперепадов в ступенях

ha1= ; ha2= +Δh2; ha3= + Δh3 (4.3.18)

Располагаемый теплоперепад на турбину можно определить как сумму

, (4.3.19)

где На – адиабатный теплоперепад на турбину;

Q= – возвращенное тепло.

Таким образом, возвращенное тепло представляет разность между потерей кинетической энергии в ступенях и невозвратной потерей из-за политропичности процесса.

Величину возвращенного тепла необходимо знать в самом начале теплового расчета турбины. Для удобства расчетов введено понятие коэффициента возвращенного тепла R. Коэффициент возвращенного тепла - это отношение расчетного теплоперепада к располагаемому:

R= = (4.2.20)

Откуда

H0=R·Ha (4.2.21)

Величина R зависит от следующих факторов:

- от состояния пара; в области перегретого пара R больше, так как изобары в этой области расходятся в большей степени;

- от числа ступеней z; с увеличением z коэффициент возвращенного тепла R, возрастает;

-от внутреннего КПД турбинных ступеней ηi, коэффициент возвращенного тепла R увеличивается с уменьшением ηi, так как при этом растут потери энергии, процесс расширения сдвигается в сторону увеличения энтропии, где изобары расходятся в большей степени.

Для определения коэффициента возвращенного тепла существует ряд приближенных формул, например, формула Г.Флюгеля

(4.3.22)

где α-опытный коэффициент;

α = 0.20, если процесс идет только в области перегретого пара;

α= 0.12, если линия процесса лежит в области влажного пара;

α = 0.14 – 0.18, когда процесс переходит из области перегретого в область влажного пара.

Для корабельных турбин величина коэффициента возвращенного тепла лежит в пределах R = 1.02 – 1.06.

б). Связь между КПД многоступенчатой паровой турбины и КПД ее ступеней

Определим связь, существующую между КПД многоступенчатой турбины и КПД ее отдельных ступеней.

В соответствии с (4.3.12) и (4.3.14) внутренний КПД турбины равен

. (4.3.23)

Внутренняя работа ступени определяется формулой

Lik = ηikhak, (4.3.24)

где ηik – внутренний КПД отдельной (k-ой) ступени;

hak – адиабатный теплоперепад на эту ступень.

Для простоты рассуждений примем, что внутренний КПД каждой ступени одинаков, т.е.

ηi1 = ηi2 = …= ηik. (4.3.25)

Подставляя (4.3.24) в (4.3.23) с учетом (4.3.25), получим

(4.3.26)

где

(4.3.27)

располагаемый теплоперепад на турбину.

Отношение

(4.3.28)

коэффициентом возвращенного тепла, который в зависимости от числа ступеней турбины может быть равен R = 1,02÷1,06.

С учетом (4.3.27) и (4.3.28) из соотношения (4.3.26) получаем

ηiт = ik, т.е. ηiт > ηik. (4.3.29)

Таким образом, внутренний КПД турбины больше среднего из внутренних КПД ее ступеней в R раз.

Более высокий КПД многоступенчатой турбины по сравнению с КПД одноступенчатой турбины объясняется рядом причин:

1. Уменьшение теплоперепадов на каждую ступень (haср<На) приводит к снижению скоростей течения пара в каналах направляющих и рабочих лопаток, а следовательно, к снижению потерь энергии qd и qs (выше значения коэффициентов скоростей φ и ψ).

2. Сравнительно небольшие теплоперепады на ступень обеспечивают работу в области докритических скоростей, благодаря чему применяют сходящиеся сопла, имеющие более высокий КПД, чем расходящиеся сопла.

3. Кинетическая энергия выхода пара из данной ступени, равная , у большинства ступеней многоступенчатых турбин частично используется для производства полезной работы в последующих турбинных ступенях (уменьшается потеря с выходной скоростью qа).

в). Сравнение достоинств и недостатков активных и реактивных турбин

При проведении сравнения достоинств и недостатков активных и реактивных турбин необходимо учитывать особенности активных и реактивных турбинных ступеней:

1. При одном и том же адиабатном теплоперепаде На активная турбина имеет меньшее число ступеней, чем реактивная, т.к. в активной турбине можно переработать больший теплоперепад (при оптимальном отношении скоростей ξopt). Но в то же время осевая длина реактивной ступени всегда меньше, чем активной ступени из-за конструктивных особенностей последней (наличие диафрагм, дисков и т.д.). Поэтому общая длина реактивной многоступенчатой турбины только на 10÷20% превосходит длину активной турбины (при одинаковых значениях адиабатного теплоперепада На).

2. В технологическом отношении реактивное облопатывание проще активного, так как применение диафрагм у активных турбин усложняет производство.

Аналогично барабанные роторы реактивных турбин проще в изготовлении, нежели дисковые роторы активных турбин.

3. В реактивных ступенях возможно более полное использование выходной энергии предыдущих ступеней, т.к. впуск пара обеспечивается полным (ε=1).

4. В случае реактивных ступеней, особенно в области высокого давления, имеют место значительные потери вследствие перетекания пара через радиальные зазоры (между концами рабочих лопаток и корпусом, так как Рd1.

5. У реактивных турбин возникают большие осевые усилия, действующие на ротор турбины. Для компенсации этих усилий применяют специальное разгрузочное устройство (думмис), что усложняет конструкцию турбины.

6. При одинаковой степени влажности в области низких давлений пара эрозионные разрушения реактивных лопаток меньше, чем активных вследствие меньших скоростей парового потока.

7. Турбины активного типа, имеющие большие радиальные зазоры (Рd1, отчего перетекание пара незначительно), допускают более быстрое прогревание перед пуском, т.е. обладают большей маневренностью, чем реактивные турбины.




Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 1977;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.