Теплотехника - Чечеткин А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 6.2. Принципиальные схемы паровых активных турбин: одноступенчатой (а); двухступенчатой (б); трехступенчатой (в)
301
вращения вала, оставляя при этом оптимальное отношение и/с — = 0,4...0,5, необходимо пропорционально уменьшить сь а следовательно, и рх. Невозможность использования в одной ступени больших значений теплоперепада /70i привела к тому, что турбина Лаваля нашла весьма ограниченное применение — для небольших значений теплоперепада (т. е. давления в ней пара).
В турбине Лаваля при снижении частоты вращения вала при сх — ~ const растет абсолютная скорость выхода пара с рабочих лопаток с2 и, как следствие этого, к. п. д. турбины быстро падает. Для уменьшения выходных потерь со скоростью с2 и понижения частоты вращения вала Кертис предложил турбину с двумя ступенями скорости. На рис. 6.2,6 представлены схема этой турбины и графики изменения абсолютной скорости и давления пара в проточной части турбины. Пар с начальными параметрами р0 и Т0 расширяется до конечного давления рх в соплах 2, а на рабочих лопатках 3 и 3' происходит преобразование кинетической энергии движущегося потока в механическую работу на валу 5 турбины. Закрепленные на диске 4 турбины два ряда рабочих лопаток 3 и 3' разделены неподвижными направляющими лопатками 2', которые крепятся к корпусу 1 турбины. В первом ряду рабочих лопаток 3 скорость потока падает от сх до с2, после чего пар поступает на неподвижные лопатки 2', где происходит лишь изменение направления его движения, однако вследствие трения пара о стенки канала скорость парового потока падает от с2 до с\. Со скоростью с\ пар поступает на второй ряд рабочих лопаток 3' и снова повторяется идентичный процесс. Поскольку преобразование кинетической энергии в механическую работу на валу турбины Кертиса происходит в двух рядах рабочих лопаток, максимальное значение п,ол получается при меньших отношениях и/сх, чем у одноступенчатой турбины. А это значит, что частота вращения вала турбины (колеса) Кертиса может быть снижена по сравнению с одноступенчатой турбиной. Анализ треугольников скоростей показывает, что оптимальный к. п. д. турбины Кертиса достигается при входной скорости пара с{ вдвое большей, чем у одноступенчатой турбины. Это означает, что в турбине с двумя ступенями скорости может быть использовано большее теплопадение h01, чем в одноступенчатой.
Относительный к. п. д. на лопатках активной одноступенчатой турбины находится в пределах 0,70... 0,78; двухступенчатой — 0,50... 0,60, трехступенчатой — 0,40...0,50; понижение цол обусловлено в основном потерями в направляющих лопатках.
В активной турбине со ступенями давления пар расширяется от начального давления до конечного в нескольких последовательно расположенных ступенях. Входная скорость после каждой ступени давления используется в последующей, вследствие чего к. п. д. турбины повышается. На рис. 6.2,6 представлена схема этой турбины с тремя ступенями давления. Входящий в сопловый аппарат пар давлением р0 расширяется в нем до некоторого давления рь вследствие чего начальная скорость пара возрастает от с0 до с\. Далее пар поступает на рабочие лопатки 3 первой ступени, где происходит преобразование кинетической энергии потока пара в механическую работу на валу тур
302
бины 5 при постоянном давлении рь причем скорость потока пара резко уменьшается. Затем пар поступает в сопловой аппарат 2' второй ступени. На второй и третьей ступенях происходят процессы, идентичные процессам на первой ступени. Сопла второй 2' и третьей 2" ступеней установлены в диафрагмах б, которые неподвижно вставлены в корпус турбины 1, отделяя одну ступень давления от другой. Для уменьшения перетекания части пара без совершения работы по зазору между диафрагмой и валом турбины 5 в местах возможного прохода пара предусмотрены лабиринтные уплотнения.
Общий перепад давления в турбине равномерно распределен между ступенями, и чем больше ступеней в турбине, тем меньше тепло падение в ступени и, следовательно, при меньшей частоте вращения ротора турбины достигается наибольший относительный к. п. д. на рабочих лопатках. Хотя увеличение числа ступеней усложняет и удорожает турбину, однако благодаря высокому к. п. д. они получили широкое развитие.
В активных многоступенчатых турбинах обычно первую ступень выполняют так, чтобы она была регулирующей, т. е. способной обеспечить сравнительно большое снижение давления пара и, следовательно, большее теплопадение. В зависимости от величины теплоперепада эту ступень выполняют с одной либо с двумя ступенями скорости. Так как в процессе расширения пара на каждой последующей ступени увеличивается удельный объем пара, то должна увеличиваться и высота лопаток.
На ТЭЦ, обеспечивающих химическое производство электроэнергией и теплотой, применяются турбины с одним (тип П) либо с двумя (тип ПТ) регулируемыми промежуточными отводами пара потребителю.
Эффективная мощность паровой конденсационной турбины, т. е. мощность (кВт) на валу ее, вычисляется по формуле
где к о — теплопадение в турбине, кДж/кг; т — массовый расход пара при нормальной мощности, кг/с; т|ое = т|01Г|м — относительный эффективный к. п. д. турбины, где л о; = /*о//*о — относительный внутренний к. п. д. турбины, к„ и /г„ — теоретическое и действительное теплопадение в турбине соответственно; т)м = 0,99...0,995 — механический к. п. д. турбины (потери на трение в подшипниках и др.).
