Трухний А.Д. Паротурбинная установка блоков Балаковской АЭС

Подождите немного. Документ загружается.

§ 1 5] ТЕПЛОВЫЕ ЦИКЛЫ ТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 39

(1.14)

называется относительным внутренним

коэффициентом полезного действия

турбины. Он характеризует аэродинамическое со-

вершенство проточной части турбины. Для цилинд-

ров современных турбин

Отношение

(1.15)

называется абсолютным внутренним КПД

турбоустановки. Он характеризует эффектив-

ность превращения теплоты в работу во всей турбо-

установке.

Из соотношений (1.12), (1.14) и (1.15) следует, что

(1.16)

т.е. абсолютный внутренний КПД турбоустановки

равен произведению термического КПД цикла и отно-

сительного внутреннего КПД турбины.

Если через G обозначить расход пара на турби-

ну, то ее внутренняя мощность

располагаемая мощность

а подведенная в паропроизводящей установке теп-

ловая мощность

Часть внутренней мощности тратится

на преодоление сил трения в подшипниках турбины

и электрогенератора, а часть — на потери в

обмотках электрогенератора. В электрическую

энергию преобразуется только доля внутренней

мощности

Мощность

называется мощностью на муфте электри-

ческого генератора, а отношение —

механическим КПД турбоагрегата.

Отношение называется КПД

электрического генератора,а отношение

(1 17)

— относительным электрическим КПД

турбоагрегата.

Произведение

(1.18)

представляет собой абсолютный электриче-

ский КПД турбоустановки.

Таким образом, в общем случае

(1.19)

Механический КПД и КПД электрического гене-

ратора достаточно велики и составляют 0,96—0,99.

Поэтому электрический КПД в основном опреде-

ляется термическим КПД цикла и относитель-

ным внутренним КПД Правда, увеличение

одного из них вообще не всегда ведет к увеличению

экономичности, так как второй из них может умень-

шаться.

Чаще всего в качестве показателя экономично-

сти турбоустановки используют удельный расход

теплоты — количество теплоты, необходимое

для получения в турбоустановке единицы работы.

Если теплоту и работу выражать в одинаковых

единицах, то

(2.20)

Принято теплоту выражать в килоджоулях, а ра-

боту — в киловатт-часах. Тогда удельный расход

теплоты будет измеряться в кДж/(кВт · ч) и рассчи-

тываться по формуле:

(1.21)

Наконец, если теплоту выражать в калориях, а

работу — в киловатт-часах, то

(1.22)

Коэффициент полезного действия энергоблока

определяется по формуле

(1.23)

где — тепловая мощность ядерного реактора.

1.5.2. Регенеративный цикл

Все современные турбоустановки используют

регенеративный цикл, смысл которого можно

установить с помощью рис. 1.27. Представим себе,

что рабочее тело цикла подается из конденсатора в

реактор через единственный подогреватель 4, под-

ключенный к турбине и ее отбору. В этом случае

40 ПРОЦЕССЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ НА АЭС [Гл. 1

расход пара — доля расхода, подавае-

мого в подогреватель, будет передавать свою тепло-

ту конденсации питательной воде, а не охлаждаю-

щей воде конденсатора. При этом питательная вода

будет нагреваться, и для получения той же энталь-

пии перед турбиной необходимо затратить в реак-

торе количество теплоты, меньшее, чем в случае

отсутствия расхода пара.

Конечно, мощность турбины при этом будет

уменьшаться, так как расход пара не будет

расширяться в турбине от места отбора до конден-

сатора. Поэтому эффект от использования подогре-

вателя зависит от давления греющего пара.

Если расположить отбор в самом начале турбины,

где давление и температура конденсации высоки,

то экономия теплоты в реакторе будет максималь-

ной, но мощность, вырабатываемая потоком пара

будет мала, тем более что для нагрева кон-

денсата от потребуется много пара. Сле-

довательно, через турбину будет протекать два по-

тока пара: поток несмотря на его большой

расход будет вырабатывать малую мощность из-за

малого теплоперепада; поток поступаю-

щий в конденсатор, несмотря на его большой тепло-

перепад будет вырабатывать также малую мощ-

ность из-за его малого расхода.

Если, наоборот, отбирать пар в конце турбины

(при малом давлении), то турбина выработает мак-

симальную мощность, но подогреет питательную

воду незначительно, что не обеспечит экономии

теплоты в реакторе.

Из этих рассуждений ясно, что оптимальный

эффект будет получен тогда, когда отбор пара будет

выполняться где-то в промежуточной ступени тур-

бины. Тогда поток пара будет вырабатывать

определенную мощность, и при этом будет осуще-

ствляться нагрев питательной воды, хотя и в мень-

шей степени.

Еще больший эффект будет получен при уста-

новке двух регенеративных подогревателей, как

показано на рис. 1.27. Тогда поток пара

будет вырабатывать мощность на ступенях тур-

бины, расположенных между отборами, а само зна-

чение можно уменьшить, так как питательная

вода, поступающая в подогреватель 4, будет иметь

бОльшую температуру вследствие ее нагрева в подо-

гревателе 2 потоком пара

Экономия теплоты в реакторе при использова-

нии регенеративного цикла с одновременной выра-

боткой мощности оказывается столь значительной,

что в турбине делают много отборов, число кото-

рых определяется технико-экономическим расче-

том. В турбине К-1000-5,9/25-2 их семь. При этом

достигается температура питательной воды 225 °С.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 41

Регенеративный подогрев питательной воды

является основным способом повышения экономич-

ности турбоустановки современных АЭС.

Контрольные вопросы

1. Назовите все АЭС России и их мощность.

2. Почему АЭС строят преимущественно в европейской

части России?

3. Каковы преимущества АЭС перед электростанциями,

работающими на органическом топливе?

4. Что такое максимальная проектная авария?

5. Назовите эксплуатационные недостатки АЭС по срав-

нению с ТЭС.

6. Что представляет собой ядерное горючее АЭС?

7. Изобразите принципиальную схему ядерного реак-

тора. Для чего служат твэлы, теплоноситель, замедли-

тель и отражатель?

8. Какую роль в реакторе выполняют делящиеся нейтро-

ны?

9. При каких условиях реакция деления ядер в реакторе

имеет стационарный характер?

10. Для чего в реакторе устанавливается биологическая

защита?

11. Чем отличается корпусный реактор от канального?

12. Расшифруйте аббревиатуры ВВЭР и РБМК и объяс-

ните их.

13. Что такое активная зона реактора?

14. Что такое технологический канал реактора РБМК?

15. Объясните, в чем состоит принципиальная разница

одноконтурной и двухконтурной АЭС.

16. Как работает парогенератор в энергоблоке двухкон-

турной АЭС?

17. Каково назначение барабана-сепаратора в реакторной

установке одноконтурной АЭС?

18. Что такое теплоемкость вещества? Чем принципи-

ально отличается теплоемкость паров и газов от теп-

лоемкости твердых веществ?

19. Что такое энтальпия? Чему равна подведенная тепло-

та в изобарном процессе?

20. В чем состоит первый закон термодинамики?

21. Что такое изоэнтропный процесс? Как связана работа,

совершаемая в изоэнтропном процессе, с энтальпией?

22. Что такое термодинамический процесс и чему равен

его термический КПД?

23. Изобразите цикл Карно и выведите его термический

КПД.

24. Назовите значения удельного объема и энтальпии

воды при 100 °С.

25. Что такое температура насыщения? Как она отличает-

ся от температур кипения и парообразования?

26. От каких параметров пара зависит температура насы-

щения?

27. Как связаны энтальпии пара, воды и теплота конден-

сации в состоянии насыщения?

28. Чем характеризуется критическое состояние пара?

Назовите значения критических параметров.

29. Что такое степень влажности пара и как, пользуясь

ею, вычислить основные параметры влажного пара?

30. Что такое перегретый пар и как определяются его

параметры?

31. Когда целесообразно использовать Т, j-диаграмму?

32. Каким целям служит h, s-диаграмма водяного пара?

33. Объясните механизм повышения экономичности тур-

боустановки при использовании регенеративного

цикла.

Глава вторая

ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС В ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ

И ЕЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

2.1. ИСТЕЧЕНИЕ ПАРА ИЗ СОПЛ

Преобразование внутренней энергии пара в ра-

боту в турбине происходит в соответствии с пер-

вым законом термодинамики, конкретная запись

которого для быстро движущегося пара имеет спе-

цифическую форму

Рассмотрим протекание пара по каналу перемен-

ного сечения (рис 2 1, а) Пусть для простоты выкла-

док в единицу времени через сечение 0—0 проте-

кает 1 кг пара, а параметры пара на входе давление

температура удельный объем скорость

Ясно, что массовый расход пара через любое

сечение площадью канала будет одинаков и равен

(2 1)

где — скорость пара

Соотношение (2 1) называется уравнением

неразрывности Из него следует, что скорость пара

на участке между сечениями 0—0 и /—/

(2 2)

будет изменяться из-за изменения площади сечения

канала и удельного объема пара Соответственно

в сечении /—1 параметры пара

В соответствии с первым законом термодинами-

ки теплота q, подводимая на участке канала между

сечениями 0—0 и /—/, расходуется на повышение

внутренней энергии пара и соверше-

ние работы имеющей несколько составляющих

Прежде всего, если канал движется, то соверша-

ется техническая работа В частности, это отно-

сится к каналам, расположенным на роторе турбины

(каналам между рабочими лопатками), протекание

пара в которых обеспечивает вращение ротора, т е

получение полезной работы

Далее, поскольку скорости пара в сечениях 0—О

и 7—1 разные, то произойдет изменение кинетиче-

ской энергии потока на величину

Для того чтобы пропустить за 1 с через сечение

О—0 1 кг пара, необходимо через сечение /—1 уда-

лить такое же количество пара, т е необходимо

совершить работу, равную работе условного порш-

ня (рис 2 1,6), перемещающего за 1 с 1 кг пара

из сечения а—а в сечение 0—О

где — площадь условного поршня

Соответственно пар, вытесненный из сечения

1—/, переместит другой условный поршень в сече-

ние б—б, т е совершит работу

где — площадь второго условного поршня

Разность работ

называется работой проталкивания

Тогда суммарная работа и в соот-

ветствии с первым знаком термодинамики

Так как то окончательно получаем

(2 3)

т е теплота подводимая к движущемуся потоку

расходуется на изменение его энтальпии кинети-

ческой энергии и совершение технической работы

Рассмотрим частный случай движения пара в не-

подвижном канале — сопле Если канал хорошо

изолирован и не происходит выделения теплоты

внутри потока из-за трения, т е течение является

изоэнтропным, то Неподвижный канал ника-

кой работы не совершает, т е Тогда из (2 3)

следует

(2 4)

§ 2.2] ТУРБИННЫЕ РЕШЕТКИ 43

т.е. изменение скорости пара в сопле происходит

вследствие уменьшения его энтальпии. Таким обра-

зом, если на входе в сопло энтальпия а за

соплом то на выходе из сопла пар будет

иметь скорость

(2.5)

Следовательно, в соплах, или в сопловых каналах

происходит преобразование энтальпии в кинетиче-

скую энергию потока.

Пример 2.1. Определить скорость пара на выходе из

сопла при изоэнтропном истечении сухого насыщенного

пара, если давление перед соплом р

= 6 МПа, а давление

за соплом Скорость пара перед соплом

= 100 м/с.

Начальная энтальпия кДж/кг, конечная =

= 3386 кДж/кг. Тогда

Физическая причина возрастания скорости при

движении пара в сопле очевидна: как видно из h, s-

диаграммы (см. рис. 1.20), при изоэнтропном рас-

ширении пара удельный объем увеличивается и при

выполнении условия неразрывности (2.1) скорость

пара должна увеличиваться даже в канале постоян-

ного сечения; тем более она будет расти, если канал

выполнить суживающимся.

При фиксированных параметрах пара перед

соплом уменьшающейся или постоянной площади

сечения при снижении давления за ним — проти-

водавления — скорость пара на выходе из

сопла будет возрастать не беспредельно. При дости-

жении критического противодавления

возникают критическая скорость истечения на вы-

ходе из сопла и максимальный критический расход

пара через сопло. Возникающая на выходе из сопла

критическая скорость с будет совпадать со скоро-

стью звука которая, как известно из физики, за-

висит только от параметров состояния: давления и

удельного объема пара.

Если перед соплом изменять давление

то критическое давление также будет изменяться,

однако их отношение называемое кри-

тическим отношением давлений, останется

неизменным.

Отношение зависит от состояния пара: для

сухого насыщенного пара а для перегре-

того

Если за суживающимся соплом поддерживать

давление то пар, конечно" будет расши-

ряться до этого давления. При этом на выходе

из сопла (срезе) установятся давление и ско-

рость За соплом будет происходить беспорядоч-

ное расширение пара до давления и дополни-

тельного ускорения потока происходить не будет.

Таким образом, если использовать суживающееся

сопло, то для ускорения потока используется только

разность энтальпий — энтальпия,

соответствующая критическим параметрам.

Для того чтобы ускорить поток до скорости

необходимо канал выполнить в виде

сопла Лаваля: вслед за критическим сечением —

горлом (см. рис. 2.2) — расположить расши-

ряющуюся часть. В таком сопле можно полезно

использовать на разгон пара всю разность энталь-

пий

2.2. ТУРБИННЫЕ РЕШЕТКИ

Конструкция турбины, имеющей вращающийся

ротор, предопределяет использование в качестве

каналов для течения пара кольцевых решеток.

Это система каналов, образованных одинаковыми

профилями специальной формы (рис. 2.3). Форму

44 ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС В ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ И ЕЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО [Гл. 2

каналов можно увидеть из цилиндрических сечений

решетки (например, по диаметру d на рис. 2.3) и

последующей их развертки на плоскости. Соответ-

ствующим выбором формы профилей (рис. 2.4) и их

расположением в решетке можно создать каналы

с требуемым законом изменения площади сечения.

Например, решетка, показанная на рис. 2.4, а, имеет

сильно суживающиеся каналы (от ширины на

входе до ширины на выходе) и используется для

ускорения потока до скоростей, меньших скорости

звука. Наоборот, решетка, приведенная на рис. 2.4, в,

для которой служит для полу-

чения сверхзвуковых скоростей. На рис. 2.4, б пока-

зана решетка почти постоянного сечения ( =

= ), в которой ускорения потока практически

не происходит.

На профиле различают входную (перед-

нюю) и выходную (заднюю) кромки, сто-

рону разрежения (выпуклую часть) и

сторону давления (вогнутую часть). Выходная

часть решетки (см. рис. 2.4, а) называется

косым срезом. Если в сечении pq устанавлива-

ются критические параметры, то косой срез в ка-

кой-то мере играет роль расширяющейся части со-

пла Лаваля и поэтому в суживающейся решетке

можно получить небольшие сверхзвуковые скоро-

сти потока.

Кроме формы профиля и угла установки (или

), показанных на рис. 2.4, кольцевая решетка харак-

теризуется высотой (см. рис. 2.3) и сред ним ди-

аметром хордой b, шагом t

Важное значение имеют относительный

шаг и веерностькоторые определяют

экономичность решетки.

Течение пара в кольцевых решетках подчиняет-

ся законам, рассмотренным в § 2.1. В частности, ес-

ли пар расширяется изоэнтропно в неподвижной

решетке от состояния А (рис. 2.5) до состояния В, то

скорость пара на выходе из решетки

(2.6)

Рис. 2.4. Развертки профилей турбинных решеток:

а — решетка с каналами сильно уменьшающегося сечения; б — решетка с каналами слабо уменьшающегося сечения; в —

решетка с каналами типа сопл Лаваля

§ 2.3] ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ 45

где — скорость пара на входе в решетку;

энтальпия пара в конце процесса изоэнтропного

расширения.

На рис. 2.6, а показано течение пара в сопловых

каналах, иллюстрирующее всю его сложность. При

обтекании профиля сопловой лопатки на его

поверхности образуется пограничный слой — тон-

кая пленка паровой среды, в которой скорости пара

изменяются от нуля на стенке профиля до макси-

мальной в ядре потока в канале. Таким образом,

пограничный слой как бы состоит из отдельных

слоев, имеющих различную скорость. В результате

между слоями возникают силы трения и часть энер-

гии потока затрачивается на их преодоление. Пото-

ки пара, сбегающие с выпуклой и вогнутой частей

профиля, имеют разные скорости, что приводит

к появлению вихрей — вращающихся частиц жид-

кости, сбегающих с входной кромки. На это тоже

необходима затрата энергии.

В результате часть кинетической энергии пара

превращается в теплоту и процесс расширения

сопровождается возрастанием энтропии. На выходе

из решетки пар будет иметь энтальпию (см.

рис. 2.5). Действительная скорость пара на выходе

из решетки

(2.7)

Величину

условно называют абсолютной потерей

энергии в решетке.

Обычно эффективность решетки оценивают не

по абсолютной потере энергии, а по коэффи-

циенту потерь энергии

(2.8)

Отношение называют коэффициен-

том с ко ρ о сти. Таким образом,

(2.9)

Важной характеристикой решетки является

коэффициент расхода Если бы течение

в решетке было изоэнтропным, то через нее проте-

кал бы теоретический расход где

— удельный объем пара в конце изоэнтропного

расширения. В реальных условиях из-за образова-

ния на стенках канала пограничного слоя расход

G оказывается меньше теоретического; величина

называется коэффициентом расхода. Для

турбинных решеток, работающих на перегретом

паре, а на влажном

2.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ

Турбинной ступенью называется совокупность

неподвижной (сопловой) и вращающейся (рабочей)

решеток. В ступени происходит преобразование

части общего теплоперепада турбины в работу.

Назначение сопловой решетки — преобразовать

ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС В ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ И ЕЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

[Гл 2

Рис. 2.7. Схематическое изображение турбинной

ступени:

/ — диафрагменное уплотнение, 2 — диафрагма, 3 — сопло-

вая решетка, 4 — корпус турбины, 5 — надбандажное уплот-

нение, б — ленточный бандаж, 7— рабочая решетка, 5 —

диск, 9 — вал

с минимальными потерями внутреннюю энергию

потока в кинетическую энергию кольцевых струй

пара (напомним, что при протекании пара через

неподвижную решетку работа не совершается).

Назначение рабочей решетки — преобразовать

кинетическую энергию (и частично внутреннюю)

в работу, т.е. во вращение ротора турбоагрегата.

Ступень турбины схематически показана

на рис. 2.7. Сопловая решетка установлена в диа-

фрагме, представляющей собой разъемное по гори-

зонтальному диаметру кольцо. Между вращающим-

ся валом и неподвижной диафрагмой установлено

уплотнение, допускающее лишь очень малую про-

течку пара мимо сопловой решетки. Рабочие лопатки,

профили которых образуют рабочую решетку,

закреплены на диске. На периферии рабочих лопа-

ток имеется ленточный бандаж с надбандажным

уплотнением, препятствующим протечке пара мимо

рабочей решетки.

Качественно преобразование энергии в турбин-

ной ступени можно объяснить следующим образом.

Вследствие того, что давление перед сопловой

решеткой больше, чем за ней, скорость пара на

выходе из решетки будет в несколько раз больше,

чем на входе. Действительно, если на входе в сопло-

вую решетку скорость пара составляет 50—100 м/с,

то на выходе из нее — 300—400 м/с (и более).

Далее, поток пара не только приобретает боль-

шую скорость, но и изменяет свое направление:

выходные части сопловых лопаток (профилей)

заставляют пар развернуться (см. рис. 2.6, а) и дви-

гаться в направлении не вдоль оси турбины

(см. скорость ), а поперек (говорят, что поток

пара приобретает закрутку — окружное направле-

ние). Таким образом, из сопловых каналов выходит

мощная закрученная кольцевая струя пара, толщина

которой равна высоте сопловых лопаток. Часть

потенциальной энергии пара преобразована сопло-

выми каналами в кинетическую энергию кольцевой

струи пара, движущейся с огромной скоростью

(обычно эта скорость несколько меньше скорости

звука, но в некоторых ступенях и больше ее).

Теперь необходимо решить следующую задачу:

заставить созданную кольцевую струю пара вра-

щать вал 9 турбины (см. рис. 2.7). С этой целью ее

направляют на кольцевую решетку профилей, обра-

зованную рабочими лопатками. Для этого прежде

всего рабочей решетке 7 дают возможность вра-

щаться: ее закрепляют на диске 8 ротора, который

соединен с валом 9 и уложен во вкладыши опорных

подшипников. Поэтому, если на рабочую лопатку

будет действовать окружная сила, имеющая плечо

относительно оси вращения, то ротор начинает вра-

щаться. Эту силу создают с помощью специальной

решетки профилей (рис. 2.6, б), образующих рабо-

чие каналы вполне определенной формы (примерно

постоянного сечения). Пар, протекающий через

каналы рабочей решетки, изменяет свое направле-

ние, и это главная причина появления окружной

силы R

, действующей на каждую рабочую лопатку.

Абсолютная скорость пара в рабочей решетке

уменьшается, так как вследствие окружной подат-

ливости рабочих лопаток поток пара как бы «вяз-

нет» внутри канала. В результате из рабочей решет-

ки пар выходит с абсолютной скоростью при-

мерно равной скорости на входе в сопловую

решетку. Но поскольку давление и температура

пара за ступенью меньше, чем перед ней (из-за того,

что в конденсаторе принудительно поддерживается

низкое давление и оно постепенно повышается

к паровпускной части турбины), то часть кинетиче-

ской энергии потока пара, идущего через ступень,

преобразуется в механическую (вращательную)

энергию ротора, которая в конечном счете переда-

ется ротору электрогенератора.

Появление окружной силы можно объяснить

и по-другому.

Кольцевая струя пара, выходящая из сопловых

каналов, обтекает профили рабочей решетки, образуя

§ 2.3) ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ 47_

Рис. 2.8. Распределение давления по профилю рабочей

лопатки:

а — распределение давления; 6 — окружные проекции давле-

ния на вогнутую и выпуклую поверхности лопатки

на их поверхностях распределение давления, пока-

занное на рис. 2.8, а. Результирующая окружных

проекций давления на вогнутой стороне профиля

(рис. 2.8, б) больше, чем на выпуклой, в результате

чего возникает окружная сила вращающая диск,

закрепленный на валу.

Дополнительная реактивная сила может возни-

кать за счет расширения пара в каналах рабочей

решетки при выполнении их суживающимися.

Для получения количественных характеристик

преобразования теплоты в работу в турбинной сту-

пени необходимо рассмотреть процесс расширения

пара в h,s-диаграмме, показанный на рис. 2.9.

Состояние пара перед ступенью характеризуется

точкой О со статическими параметрами

и скоростью Можно считать, что скорость с

полу-

чена в результате изоэнтропного расширения от

некоторой точки энтальпия в которой

, а скорость равна нулю. Иными сло-

вами, точка изображает состояние заторможен-

ного потока пара перед ступенью, а параметры

в ней называются параметрами тормо-

жения. Для их получения необходимо на h, s-диа-

грамме от точки О отложить вверх по изоэнтропе

значение кинетической энергии и получить

точку

Величина подсчитанная от статических

параметров, называется располагаемым теп-

лоперепадом ступени, а величина

располагаемым теплоперепадом, подсчитанным от

параметров торможения.

Рис. 2.9. Процесс расширении пара в ступени

в А, s-диаграмме

Величина теплоперепада называ-

ется располагаемым теплоперепадом

сопловой решетки.

Как мы уже знаем, реальный процесс расшире-

ния в сопловой решетке пойдет не по изоэнтропе

до давления а с отклонением от нее и

закончится в точке А с энтальпией . В результате

возникнет потеря энергии в сопловой решетке

(2.10)

а пар выйдет со скоростью

(2.11)

где — коэффициент скорости, а подсчитывает-

ся по соотношению (2.6).

Коэффициент скорости в правильно спрофили-

рованной решетке зависит в основном от ее относи-

тельной высоты

(2.12)

Здесь — хорда профиля сопловой решетки.

Обычно

48 ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС В ПАРОВОЙ ТУРБИНЕ И ЕЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО [Гл 2

Разность энтальпий (см. рис. 2.9)

(2.13)

называется располагаемым теплоперепа-

дом рабочей решетки. Благодаря ему поток

пара дополнительно ускоряется в каналах рабочей

решетки. Если из сопловой решетки пар выходит со

скоростью то на рабочую решетку он поступает

со скоростью равной разности векторов и

(см. рис. 2.6, б), где — окружная скорость рабочих

лопаток (подробнее см. § 2.6). Теоретическая ско-

рость выхода пара из рабочих каналов относи-

тельно вращающихся рабочих лопаток

(2.14)

При расширении пара в рабочей решетке также

возникают потери энергии, подсчитываемые

аналогично потерям в соплах:

(2.15)

где — коэффициент скорости для рабочей решетки,

зависящий от относительной высоты решетки

(2.16)

Здесь — хорда профиля сопловой решетки.

Обычно

Действительная скорость выхода пара

(2.17)

Пар покидает ступень со скоростью равной

сумме векторов Кинетическая энергия потока,

равная

(2.18)

не может быть использована в рассматриваемой

ступени, потому она условно называется потерей

с выходной скоростью. Отложив вдоль изоба-

ры отрезок ВС (см. рис. 2.9) с учетом энтальпии

в точке С

получим отрезок представляющий полезную рабо-

ту ступени, отнесенную к 1 кг протекающего пара.

2.4. РЕАКТИВНОСТЬ СТУПЕНИ

В общем случае каналы рабочих решеток выпол-

няются несколько суживающимися. Поэтому давле-

ние пред ними оказывается больше, чем за ними.

Вследствие этого располагаемый теплоперепад сту-

пени распределяется между сопловой и рабо-

чей решетками (рис. 2.10, а):

(2.19)

Отношение располагаемого теплоперепада

рабочей решетки к теплоперепаду ступени, под-

считанному от параметров торможения, называ-

ется реактивностью ступени:

(2.20)

Такое название связано с тем, что при в рабо-

чей решетке происходит расширение пара и возни-

кает дополнительная реактивная сила, вращающая

рабочий диск.

При ступень называется чисто актив-

ной. В ней расширение пара происходит только в

сопловой решетке (см. рис. 2.10, б), а передача ки-

нетической энергии рабочим лопаткам осуществля-

ется только благодаря повороту струй пара в кана-

лах рабочей решетки. Ускорения потока в рабочей

решетке не происходит, и скорости пара на входе и

выходе одинаковы. Поэтому каналы рабочей решет-

ки активной ступени имеют постоянное проходное

сечение.

Активными ступенями называются и ступени

с небольшой реактивностью

Ступень, в которой реактивность близка к

и более, называется реактивной. В ней

(рис. 2.10, в) происходит расширение пара и в сопло-

вой, и в рабочей решетках примерно в равной сте-

пени. Возникающее на рабочих лопатках окружное

усилие определяется не только «активными» струями

Рис. 2.10. Изоэнтропные процессы расширения

пара в ступенях с различной степенью реактивности: