Рабочий процесс в многоступенчатой турбине

Перед турбиной с числом ступеней z газ.имеет давление р_й и температуру То, которые определяют его энтальпию to (рис. 82), а за последней ступенью он расширяется до давления p_z.

Если бы турбина была идеальным двигателем, процесс расши­рения газа закончился бы в точке е и при давлении р_г он имел бы энтальпию i_zt. В действительности небольшая часть энергии пре­образуется снова в тепловую энергию в основном за счет трения потока газа о поверхности ротора и корпуса турбины. Процесс расширения газа в реальной турбине идет с ростом энтропии и изображается кривой df. Разность начальной и конечной энталь­пий при йзоэнтропийном расширении таза называют располагае­мым теплоперепадом Н₀=й> — *'**• <

Часть потенциальной энергии газа, которая вместо механиче­ской энергии преобразуется в теплоту, называют потерями. Работа L_T, которую развивает 1 кг газа в турбине, меньше располагаемого теплоперепада и равна использованному теплоперепаду #<:

L_T = /₀ — i_zt = Hi-

Отношение использованного теплоперепада к располагаемо­му— относительный внутренний кпд турбины r\oi=Hi/Ho — харак­теризует совершенство процесса расширения газа в ней.

В многоступенчатой турбине полный располагаемый теплопе-

Г)

Рис. 81. Уплотнения:

а — концевое, б — корневое, в — бандажное; 1,3 — корпус и ротор турби­ны, 2 — гребень уплотнения, 4 — диафрагма, 5 — диск, 5 т- бандаж \

репад Но от начального состояния газа перед первой ступенью, до давления за последней ступенью распределятся между ступенями. На i, «-диаграмме (рис. 83) видно, что ho сравнению с идеальной турбиной потери энергии в каждой ступени реальной турбины вызывают повышение температуры газа перед последующими ступенями. Располагаемый теплоперепад для любой промежуточ­ной ступени реальной турбины, например для третьей Аоз, несколь­ко превышает располагаемый теплоперепад Аоз', приходящийся на ту же ступень в идеальной турбине.

Следовательно, потери в ^предыдущих ступенях вызывают уве­личение теплоперепада в последующих ступенях и могут быть вновь частично преобразованы в полезную работу:

[(#о +

(1 + <7т),

где Q=2(ft₀₁ — h'oi).

Отношение Q/#₀=<7t называют коэффициентом возврата теп­лоты.

Так как коэффициент возврата теплоты <?_т всегда больше ну­ля, внутренний относительный кпд турбины t]oj будет всегда боль­ше, чем внутренний относительный кпд отдельной ступени щ^. Обычно <7т колеблется от 0,04 до 0,1.

Если расход газа G через турбину известен и постоянен, мож­но определить внутренние мощности, развиваемые соответственно реальной и идеальной турбинами: #

N_tl=GHi- N_iT0=GH₀.

Мощность Ni_T не вся используется потребителем, так как боль­шая ее часть Ni_K расходуется на привод компрессора и тратится на сжатие в нем воздуха.

Таким образом, внутренняя полезная работа ГТУ

Рис. 82. Тепловой процесс

расширения газа в турбине

в (, s-диаграмме

Рис. 83. Процесс расши­рения пара в многосту­пенчатой турбине

Помимо внутренних потерь энергии в турбине и компрессоре, а также в магистралях воздуха и газа, которые оказывают непо­средственное влияние на состояние рабочего тела, имеются внеш­ние потери энергии, уменьшающие полезную работу и не изменя­ющие состояние рабочего тела. Внешними являются потери энер­гии вследствие трения в подшипниках и утечки газа через концевые уплотнения, а также ее затраты на привод топливного и масляно­го насосов, регулятора, насоса охлаждающей воды и др. Чтобы определить эффективную мощность ГТУ, сумму этих потерь ДМ необходимо вычесть из ее внутренней полезной работы:

^

Отношение эффективной мощности к внутренней называют ме­ханическим кпд ГТУ:

Отношение эффективной мощности к действительному количе­ству теплоты, затраченному в камере сгорания, называют эффек­тивным кпд ГТУ:

где qi=qi + Aqi — удельное количество теплоты, выделенной при сгорании топлива с учетом потерь в камере сгорания от излучения и недожога A^i.

Кпд камеры сгорания зависит от потерь Д^:

V^е" ft/ft'-

Таким образом, формулу для определения эффективного кпд ГТУ можно записать

Ъ = — ^7—,, ^или Че = 'ЧГЧиЧкс-

Механический кпд ГТУ зависит, от механических кпд турбины и компрессора:

U

4% '

?в Г

где Д/Vmt и ДЛ^мк — механические потери мощности в турбине и компрессоре; G_r и G_B — расходы газа через турбину и воздуха че­рез компрессор. -

Эффективный кпд ГТУ можно выразить также через работу турбины и компрессора:

Механический кпд ГТУ и механический кпд турбины и компрес­сора связаны коэффициентом полезной работы ср: