Двухвенечные ступени паровых турбин

(самостоятельное изучение)

 

В обычных ступенях при оптимальных значениях u/с_ф реализуются небольшие теплоперепады (Н₀ =30…60 кДж/кг). Ограничения диктуются допустимыми значениями окружных скоростей рабочих лопаток и условиями прочности диска турбинной ступени. Для срабатывания больших теплоперепадов следует уменьшать значения u/с_ф за счет роста фиктивной скорости с_ф. Но в этом случае резко увеличиваются потери с выходной скоростью. Для их уменьшения используют конструкции двухвенечных ступеней, где за рабочей решеткой первого венца устанавливается направляющая решетка (неподвижная), из которой пар движется во второй ряд рабочих лопаток, где осуществляется дополнительное преобразование кинетической энергии выходной скорости в механическую энергию вращающегося ротора. При этом в направляющих лопатках происходит только изменение направления движения потока рабочей среды без значимого ее ускорения. Проточная часть двухвенечной ступени представлена на рис. 5.3, а процесс расширения в h,s – диаграмме - на рис. 5.4.

а)

б)

Рис. 5.3. Проточная часть двухвенечной ступени (а) и фрагмент ее рабочих решеток (б):

(решетки: C – сопловая, Р1 – рабочая первого венца, Н – направляющая, Р2 – рабочая второго венца)

Рис. 5.4. Процесс расширения в проточной части двухвенечной ступени

DН_с – потери в сопловой решетке ступени; DН_р - потери в рабочей решетке первого венца ступени;

DН_н – потери в направляющем аппарате; DН_р¹ - потери в рабочей решетке второго венца;

DН_вс – потери с выходной скоростью

 

Обозначения параметров потока в двухвенечной ступени для сопловых и рабочих лопаток первого ряда такие же, как и в одновенечной ступени; все параметры, относящиеся к направляющим и к рабочим лопаткам второго ряда, обозначаются аналогично, но с дополнительным значком штрих.

Обычно в таких ступенях используют небольшую степень реактивности соответствующих венцов (r =0,02…0,06) для обеспечения конфузорного течения в каналах рабочей и направляющей решеток и уменьшения потерь энергии в них. Формулы для расчета скоростей потока на выходе из решеток двухвенечной ступени имеют следующий вид:

(5.17)

По аналогии с одновенечными ступенями можно получить выражения для удельной полезной работы, реализуемой в соответствующих венцах ступени:

. (5.18)

В свою очередь, относительный лопаточный КПД для двухвенечной ступени

(5.19)

или . (5.20)

Потери энергии в решетках определяются по следующим формулам:

(5.21)

Треугольники скоростей для двухвенечной ступени показаны на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Треугольники скоростей для двухвенечной ступени

 

 

Двухвенечные ступени целесообразно применять при 0,17< u/с_ф <0,3.

Из рис.5.5 видно, что пар покидает второй ряд рабочих лопаток со скоростью , значительно меньшей, чем скорость С₂ на выходе из первого ряда рабочих лопаток. Таким образом, потери с выходной скоростью в двухвенечной ступени при малом отношении скоростей u/с_ф невелики.

Из треугольников скоростей (рис. 5.5) следует равенство с ₁ сosa ₁ = 4 u. На его основе можно получить выражение u/с_ф=jсosa ₁/4. Тогда в общем случае для m -венечной ступени (с m числов венцов) оптимальное значение параметра u/с_ф вычисляется по формуле:

. (5.22)

Отсюда следует, что в двухвенечной турбинной ступени можно реализовать в четыре раза больший располагаемый теплоперепад Н ₀, чем в обычной одновенечной ступени. Обычно такие ступени применяют в качестве регулирующих ступеней паровых турбин небольшой мощности.

Ступени с тремя венцами в энергетических турбинах не используются. Они находят применение в приводных турбинах малой мощности (для приводов насосов, нагнетателей).