Потери трения диска и лопаточного бандажа

Относительный внутренний КПД турбинной ступени

Ранее рассмотренный относительный лопаточный КПД h_ол турбинной ступени характеризует эффективность ее решеток и потери энергии с выходной скоростью. Совершенство и экономичность турбинной ступенис учетом дополнительный потерь в ней определяет относительный внутренний КПД

h_оi=N_i/N₀=GH_i/(GE₀)=H_i/E₀. (7.1)

В том случае, когда степень использования энергии с выходной скоростью c_вс=0 располагаемая энергия ступени Е₀= . Обычно относительный внутренний КПД h_оi определяют по значению h_ол за вычетом суммы дополнительных потерь, оцениваемых следующими коэффициентами потерь:

- от трения диска и лопаточного бандажа x_тр^д;

- связанных с парциальным подводом водяного пара x_парц;

- от протечек в диафрагменных и надбандажных уплотнениях x_у=x_у^д+x_у^б;

- от влажности рабочей среды x_вл.

h_оi=h_ол - (x_тр^д+x_парц+x_у+x_вл). (7.2)

Потери трения диска и лопаточного бандажа

Источником потерь трения диска являются затраты энергии на трение в зазоре между вращающимся диском и поверхностью тела диафрагмы (рис. 7.1,а). При этом в рассматриваемом зазоре толщиной s формируются рециркуляционные образования, требующие затрат энергии.

а) б)

Рис. 7.1. Схема формирования потерь от трения диска (а) и зависимость

для определения коэффициента трения k_тр (б)

У поверхности вращающегося диска и у неподвижной поверхности тела диафрагмы в эпюре скоростей имеют место повышенные градиенты. Вращательное движение создает в потоке градиент давления по радиусу, под действием которого у неподвижной поверхности возникает течение от периферийных сечений камеры к ее центру. У поверхности диска под действием центробежных сил, наоборот, возникает течение от центра к периферии. На поддержание рассмотренного циркуляционного течения расходуется дополнительная энергия. Мощность, затрачиваемая на преодоление сил аэродинамического сопротивления, пропорциональна плотности пара в зазоре, площади и степени шероховатости поверхности диска, а также значению окружной скорости:

Относительные потери на трение диска с учетом потерь от трения на поверхности бандажной ленты (их значения малы) по отношению к располагаемой мощности турбинной ступени определяются коэффициентом по формуле

, (7.3)

где d – средний диаметр ступени, u – окружная скорость, k_тр – коэффициент трения, зависящий от режима течения в зазоре (Re_u=ud/n) и относительного зазора s/r_д (рис. 7.1,б). Обычно диапазон значений коэффициента трения равен k_тр=(0,45…0,8)×10^-3.

Из (7.3) следует, что потери от трения диска тем больше, чем меньше выходная площадь сопловой решетки F₁ (в первых ступенях турбин), а также при высоких параметрах пара, когда объемный пропуск Gv₁ мал.