Экономичность турбинной ступени

Как мы рассказали ранее, заключенное в паре тепло переходит в механическую работу в устройстве, называемом проточной частью, состоящем из рабочей лопатки и сопла, т. е. в турбинной ступени. Чтобы этот переход совершался с наименьшими потерями, необходимо выполнение ряда условий. Перечислим некоторые, наиболее важные из них.

1. Сопло должно быть установлено под возможно меньшим углом к направлению движения лопатки.
2. Скорость движения лопатки должна быть в определенном соотношении со скоростью пара, приобретенной им при выходе из сопла.
3. Рабочие и направляющие лопатки должны быть правильной формы, чтобы потери при проходе пара между лопатками были наименьшими.
4. Пар должен входить на лопатку без удара.
5. Скорость пара при выходе из рабочей лопатки должна быть возможно малой. В этом случае останется неиспользованной лишь малая часть кинетической энергии.
6. Поверхности сопла и лопаток должны быть чистыми и гладкими, чтобы уменьшить трение пара об эти поверхности.

Как упоминалось, вопросы протекания пара в соплах и рабочих лопатках — наиболее важные в теории турбин. От них главным образом зависит экономичность турбины. Мы рассмотрим вкратце лишь некоторые выводы и наиболее важные положения.

Представим себе ряд рабочих лопаток турбины, образующих между собой каналы. Через эти каналы идет пар, причем входит он в направлении, касательном к наружной поверхности лопатки. Предположим, что эти лопатки неподвижны и не будем считаться с потерями, сопровождающими проход пара по каналам между лопатками. Если к тому же давление пара по обе стороны ряда лопаток одинаково, то тогда скорость пара при входе и выходе будет одинакова, т. е. не уменьшится, а только изменит свое направление.
Если же пар выходит из сопла и подходит к лопаткам со скоростью, а рабочие лопатки движутся в направлении стрелки со скоростью , то положение будет другое.

В результате мы получим относительную скорость входа пара на лопатку. Со скоростью и с ее направлением пар в действительности и войдет в канал между двумя соседними лопатками. Значит, при движущихся лопатках именно эта скорость должна быть касательной к наружной поверхности лопатки, чтобы вход не сопровождался заметным ударом. При определении так называемой абсолютной скорости пара, покидающего лопатку, надо также геометрически сложить скорости. Мы получим скорость с которой пар покинет лопатку.

Применяемый способ рассмотрения того, что происходит со скоростями пара в канале рабочих лопаток называется способом треугольников скоростей. Он очень удобен и широко распространен.
По треугольникам скоростей видно, что теперь скорость, с которой пар покинул лопатку, значительно меньше скорости полученной им при расширении в соплах. Значит, кинетическая энергия его уменьшилась. Оставшаяся же потенциальная энергия не изменилась, так как давления и температуры за соплом и за рабочей лопаткой равны при условии отсутствия потерь при протекании пара. Таким образом, часть кинетической энергии пара перешла в работу, передана рабочим лопаткам. Эта часть равна уменьшению кинетической энергии пара при снижении его скорости.

Заметим, что при действительном протекании пара через ступень, т. е. сопровождаемом потерями, существо дела не изменится и все рассуждения останутся в принципе теми же. Отличие будет в том, что скорость при выходе из лопатки будет меньше, чем при входе; скорость также уменьшится. Однако это в данном случае не будет означать большего перехода энергии пара в механическую работу. Дело в том, что-вследствие потерь часть энергии струи пара перейдет обратно в тепло и температура пара при выходе из рабочей лопатки поэтому будет больше, чем при входе. Таким образом, количество потенциальной энергии, содержащейся в покидающем рабочую лопатку паре, окажется больше, чем было при входе в нее. Поэтому общий запас энергии в паре, покидающем рабочую лопатку, равный сумме кинетической и потенциальной энергии, окажется большим, чем в процессе без потерь. Значит, в механическую работу перейдет меньшая часть энергии пара, т. е. снизится экономичность.

Выше было сказано, что для экономичной работы ступени, для более совершенного перехода тепла пара в механическую работу необходимо, чтобы скорость движения рабочей лопатки и была в определенном соотношении со скоростью выхода пара из сопла. Это наивыгоднейшее отношение — для ступеней рассматриваемого типа составляет около 0,47—0,48. При таком соотношении достигается наилучший к. п. д. ступени.

Справедливость этого очень важного положения можно проиллюстрировать следующим образом. Если скорость движения лопатки будет равной нулю и к.п.д. будет равен нулю. В этом нетрудно убедиться. В самом деле, из физики известно, что работа равна произведению силы на путь. Силой в данном случае будет давление струи пара на лопатку, а пути, т. е. движения от приложения этой силы не будет. Следовательно, не будет совершенно полезной работы.

Если же скорость движения лопатки станет равна скорости пара, то «путь» будет, а «сила»
исчезнет: двигаясь со скоростью пара, лопатка не будет испытывать давления его струи (так мы не чувствуем силы ветра, если движемся с той же скоростью и в ту же сторону, что и ветер). И в этом случае к. п. д. также будет равен нулю. А между этими двумя крайними случаями к. п. д. будет наибольший.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

3 × четыре =