Потери, связанные с парциальным подводом пара

В турбинных ступенях иногда приходится применять парциальный подвод пара. Так как в парциальных ступенях пар подводят не по всей окружности, а только по ее части е, то на части дуги окружности (1-е) в каналах рабочих решеток отсутствует активный поток пара и рабочая решетка работает как вентилятор. Эти каналы заполняются «застойным» паром из камеры, в которой вращается диск. Вследствие вращения пар, заполняющий эти каналы, под воздействием центробежных сил, перемешается от корня рабочих лопаток к их периферии; при этом возможно движение пара с одной стороны лопаток на другую, как показано на рис.39.

Рисунок 39 - Схема вентиляционных потоков в парциальной ступени

Работа, связанная с перемещением пара в каналах неактивной части дуги рабочих лопаток, отводится от диска. Следовательно, полезная энергия ступени уменьшается на потери энергии, связанные с перемещением (вентиляцией) пара в этих каналах. Мощность, затрачиваемая на вентиляцию «застойного» пара и обираемая от ступени, пропорциональна расходу пара, участвующему в вентиляционном процессе, и работе, затрачиваемой на вентиляцию.

Количество вентилируемого пара пропорционально площади, не занятой сопловыми лопатками , и скорости U и обратно пропорционально удельному объему пара в камере диска, а работа вентиляции 1 кг пара пропорциональна квадрату скорости U². Таким образом, потеря мощности на вентиляцию равна: .

Коэффициент зависит от режимных и геометрических (размеров и формы камеры, в которой движутся лопатки) параметров. Значительно снизить потери мощности на вентиляцию можно, если на участке , где нет подвода пара, закрыть рабочие лопатки защитным кожухом, который устанавливается в корпусе турбины (рис.40). При этом коэффициент уменьшится в 2-3 раза.

Рисунок 40 - Установка защитного кожуха в корпусе турбины:

1 – рабочие лопатки; 2 – защитный кожух; 3 – корпус турбины

Относительные потери энергии от вентиляции можно получить из формулы:

,

где – доля окружности, занимаемая противовентиляционным кожухом;

m –число венцов (рядов рабочих лопаток) в ступени;

=0,065 – коэффициент.

Помимо вентиляционных потерь в парциальных ступенях имеются также потери, связанные с необходимостью удалять «застойный» пар из рабочих каналов, когда они подходят к активной дуге подвода. В этих концевых зонах, кроме того, нарушается структура потока, что также приводит к дополнительным потерям. Обе эти группы потерь являются суммарными потерями на концах дуг подвода пара и называются сегментными потерями:

,

где – площадь выхода из сопловой решетки;

– ширина и высота рабочих лопаток;

i – число сопловых сегментов.

Произведение ширины рабочей лопатки на высоту для двухвенечной ступени заменяют суммой +0,6 (где – ширина и высота рабочих лопаток второго ряда).

Таким образом, дополнительные потери, связанные с парциальностью, представляют собой сумму вентиляционных и сегментных потерь:

.