Характеристики многоступенчатых турбин

Характеристики многоступенчатых турбин в качественном отношении весьма схожи с рассмотренной выше характеристикой ступени турбины. Вместе с тем они имеют ряд особенно­стей, связанных с особенностями совместной работы ступеней в многоступенчатой турбине. Основные из них сводятся к следую­щему.

1. Как и в осевом компрессоре, при отклонении режима работы турбины от расчетного происходит рассогласование режимов рабо­ты ее ступеней. Сущность и причины возникновения этого рассогла­сования в компрессоре и в турбине в общем аналогичны. Измене­ние площади проточной части от ступени к ступени соответствует изменению плотности газа по тракту только на расчетном режиме работы. При изменении степень изменения плотности газа по тракту турбины изменяется, вследствие чего изменяется распределение ско­ростей газа по тракту турбины и значений параметров и/с ₁ в ее сту­пенях. В результате, как и в многоступенчатом компрессоре, ступе­ни рассогласуются. И поэтому КПД многоступенчатой турбины при отклонении от оптимального значения падает быстрее, чем в отдельной ступени.

2. Как и в многоступенчатом компрессоре, при изменении (и ) в наибольшей мере изменяется степень понижения давления в последней ступени. Наглядное представление о причине этого явления можно получить с помощью рис. 8.4, где изображено изменение параметра расхода в зависимости от для первой и второй ступеней двухступенчатой турбины. При этом для первой ступени здесь показано не только изменение значения в зависимости от , но и изменение значения соответствующего параметра на выходе из ступени . Эти значения связаны с соотношением:

= , (8.6)

где п — средний показатель политропы расширения газа в ступе­ни (в параметрах заторможенного потока). При этом параметр для первой ступени, очевидно, равен параметру для второй ступени. Показатель степени в очень слабой мере зависит от КПД ступени и показателя адиа­баты и может быть принят равным ~ 0,9.

Максимальное значение параметра для второй ступени значительно больше, чем для первой, так как вследствие понижения давления (и плотности) газа в первой ступени общая площадь проходного сечения межлопаточных каналов соплового аппарата второй ступени должна быть заметно больше, чем в первой.

Пусть на некотором исходном режиме степень понижения давления во второй ступени соответствует на рис. 8.4 точке А. Проведя из этой точки горизонтальную линию до пересечения с кривой для первой ступени, найдем соответствующий режим работы первой ступени, как показано на рис. 8.4 штриховыми линиями со стрелками. Если степень понижения давления во второй ступени увеличится, чему будет соответствовать, например, точка Б, то, как видно из рис. 8.4, режим работы первой ступени вообще не изменится. Если же станет меньше, чем в точке А, и перейдет в точку В, то вследствие пологости кривой (для второй ступени) вблизи точки А относительное уменьшение этого параметра будет вначале существенно меньшим, чем уменьшение . А тогда, как видно из рис. 8.4, снижение будет гораздо более слабым, чем снижение .

Таким образом, в общем случае изменение степени понижения давление в первых ступенях многоступенчатой турбины при изменении режима её работы (точнее ) будет происходить в значительно меньшей степени, чем в последующих ступенях, или не будет происходить вовсе, если в одной из последних ступеней наступило «запирание» межлопаточных каналов.

Рис. 8.5. Зависимость , и от общей степени понижения давления в двухступенчатой турбине

На рис. 8.5 для примера показано изменение параметра расхода и степеней понижения давления в первой и во второй ступенях двухступенчатой турбины при изменении общей степени понижения давления в турбине и сохранении (по данным эксперимента). На расчетном режиме степень понижения давления в этой турбине равна 3,6. При этом 1,9. Если же снизится до 2, то уменьшится до» 1,2, т.е. примерно в 1,6 раза, тогда как уменьшится до» 1,6, т.е. только в» 1,2 раза. а параметр расхода снизится только на 2,5%.

3. Слабая зависимость степени понижения давления в первой ступени от режима работы турбины в целом приводит к тому, что в широ­ком д например,ном отношении у стурени турбины противоположным обоато влечет за собой снежение иапазоне эксплуатационных режимов параметр расхода газа через турбину остается практически неизменным: . (8.7)

Так, например, согласно рис. 8.5 снижение от 3,6 до 2,4, т.е. в 1,5 раза по сравнению с расчетным значением, никак не сказывается на значении , а при снижении в 2 раза (что выходит за пределы диапазона основных эксплуатационных режимов) параметр расхода уменьшается всего на 5%.

4. Как и для ступени, область возможного диапазона увеличения в мно­гоступенчатой турбине ограничена значением , соответствую­щим условию достижения скорости звука по осевой составляющей скорости газа на выходе из послед­ней ступени.