Использование выходной энергии в многоступенчатых турбинах

Многоступенчатые турбины целесообразно проектировать таким образом, чтобы выходная энергия потока, вытекающая из рабочих лопаток предыдущей ступени использовалась целиком или частично в соплах последующей ступени.

На рисунке дан процесс расширения пара в активной ступени с частичным использованием скоростной энергии выхода из предыдущей ступени (без учета внутренних потерь).

Энергия, вносимая в данную ступень с входной скоростью

где - абсолютная скорость выхода потока из предыдущей ступени; - коэффициент использования кинетической энергии входа.

Тогда располагаемый теплоперепад ступени

Выходная энергия потока, выходящего из данной ступени равна

Поскольку в последующей ступени используется только часть этой энергии равная , то остальная часть энергии пойдет на повышение теплосодержания в данной ступени. Процесс в следующей ступени пойдет с точки С.

Окружной к.п.д. данной ступени будет

(1)

Или

(2)

Для нахождения η_u по формуле (1) или (2) надо знать величину , которая относится уже к другой ступени. Когда расчет турбины ведется начиная с последней ступени, то нахождение величины затруднительно, т.к. требуется построение треугольников скоростей предыдущей ступени.

Для построения процесса расширения в многоступенчатой турбине без предварительного построения треугольников скоростей удобно пользоваться так называемыми лопаточным к.п.д., который равен

(3)

Знание этого к.п.д. позволяет нам отыскать сразу точку С, которая покажет состояние пара при вступлении в последующую ступенью

При определении абсолютной скорости С₁ надо учитывать и энергию, вносимую с предыдущей ступени, т.о.

Если принять, как это часто делается = и = =1, то

, т.е.

Следует отметить, что в ступенях с использованием выходной скорости предыдущей ступени возрастает величина окружного к.п.д. и величина наивыгоднейшего отношения u/C₁.

Из графика видно, что с использованием выходной скорости (u/C₁)_наив больше, чем в ранее рассмотренных турбинах. Обычно полагают, что соответствует отношению u/C₁ = 0,5÷0,7. Максимум достигается при меньших значениях u/C₁, так как .

В реактивных турбинах коэффициент использования выходной скорости λ = 1, в активных турбинах.