Газодинамические характеристики

1. Коэффициенты потерь энергии:

– для сопловой решетки

1– φ²;

– для рабочей решетки

1– ψ²,

где С_1t, W_2t - теоретические скорости потока на выходе из сопловой и рабочей решетки, соответственно; С₁, W₂ – действительные скорости с учетом потерь энергии в решетках;

2. Коэффициенты скорости:

– сопловой решетки

φ= С₁ / C_1t;

– рабочей решетки

ψ= W₂ / W_2t.

3. Коэффициент расхода сопловой решетки

,

где G₁, G_1t – действительный и теоретический расход пара через сопловую решетку.

4. Средний угол выхода потока из решетки:

– для сопловой решетки – α₁;

– для рабочей решетки – β₂.

 

 

Режимные характеристики

1. Скорость потока на выходе из решетки: С₁ и W₂.

2. Степень расширения в решетке:

где – давление условно заторможенного потока перед сопловой и рабочей решеткой.

3. Число Маха:

,

где – скорость распространения звука в потоке пара соответственно за сопловой и рабочей решеткой. Здесь Р₁, Р₂ – [Па]; = 1,3 – показатель изоэнтропы.

4. Число Рейнольдса, характеризующее влияние сил вязкости:

где – кинематическая вязкость пара на выходе из сопловой и рабочей решеток; Здесь , – динамическая вязкость (таблица 3 Приложения).

5. Угол входа потока в решетку

6. Характеристическое число, определяющее уровень экономичности ступени:

,

где – окружная скорость; – фиктивная скорость, эквивалентная располагаемому теплоперепаду ступени.

 

Оборудование. Исходные данные

 

Работа выполняется на последней ступени паровой турбины для привода питательного насоса ОВПТ–270А.

Параметры пара перед ступенью: ;

давление за ступенью: ;

частота вращения ротора: ;

степень реактивности: .

Значения параметров задаются в диапазоне: бар; ^оC; Р₂ = 4–8 бар; n = 9000–12000 об/мин; ρ_Т = 0,05–0,20.

Порядок выполнения работы

1. Снять отпечатки профилей сопловой и рабочей решеток. Измерениями на турбине определить средний диаметр d_ср, высоту сопловых и рабочих лопаток l₁, l₂, число сопловых лопаток z₁. Измерениями на отпечатках определить остальные геометрические характеристики (рис.1, табл. 1 Приложения).

2. Вычертить профили в масштабе 2:1 и обозначить на чертеже их геометрические характеристики.

3. Построить теоретический процесс расширения пара в ступени на диаграмме H-S. Определить недостающие параметры.

4. Определить режимные и газодинамические характеристики (табл.2 Приложения).

5. Составить отчет по работе, в котором привести исходные данные, чертежи профилей с обозначениями геометрических характеристик, результаты измерений и расчетов в форме таблиц 1 и 2 Приложения.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1) исходные данные;

2) геометрические, газодинамические и режимные характеристики в форме таблиц 1 и 2 Приложения;

3) чертежи профилей в масштабе аналогично рис.1;

4) процесс расширения пара в координатах H-S.

 

Контрольные вопросы

 

1. Дать определения геометрических характеристик решеток.

2. Дать определения газодинамических характеристик.

3. Дать определения режимных характеристик.

4. Дать определения относительных геометрических характеристик.

5. Расшифровать обозначения профилей С–90–12А и Р–35–25Б.

6. Дать определения и привести формулы для действительных и теоретических скоростей выхода из решеток С₁, С_1t, W₂, W_2t.

7. Сформулировать понятия угла атаки, безударного натекания.

8. Сформулировать понятия положительных и отрицательных углов атаки (прокомментировать по чертежу).

9. Дать определения лопаточных углов.

10. Сформулировать определения чисел Маха и Рейнольдса для сопловой и рабочей решеток.

11. Прокомментировать процесс расширения пара в ступени.

12. Изложить принцип действия турбины, ее устройство, назначение основных элементов (ротор, диски, лопатки, диафрагмы, подшипники опорные и упорные, корпус, уплотнения диафрагм, концевые уплотнения, регулирующие клапаны, валоповоротное устройство, муфта).

 

Лабораторная работа № 2

РАСЧЕТ утечки пара через заднее

Концевое ЛАБИРИНТОВое УПЛОТНЕНИе турбины

Общие сведения

Утечка пара из корпуса турбины, а также перетечки в ступенях через зазоры между диафрагмой и ротором, рабочими лопатками и корпусом приводят к снижению КПД. Для уменьшения утечек широко используются бесконтактные лабиринтовые уплотнения (рис. 3).

Уплотнения состоят из тонких гребней, установленных в ряд, с минимальными зазорами между вращающимися и неподвижными деталями. Между гребнями образуются расширительные камеры. Перепад давлений на уплотнение распределяется между всеми зазорами, поэтому на каждый зазор приходится относительно невысокий перепад. В каждом зазоре за счет понижения давления и энтальпии (например, процесс А-А₁) пар разгоняется (рис.4). В каждой расширительной камере скорость гасится, кинетическая энергия переходит в тепловую и энтальпия восстанавливается на начальном уровне i₀ (процесс А₁ – В). В следующем зазоре поток снова ускоряется и снова его скорость гасится в расширительной камере. Этот процесс повторяется от зазора к зазору. Давление пара при движении вдоль уплотнения постепенно падает, удельный объём возрастает. Уравнение неразрывности для уплотнения:

 

 

где расход утечки через уплотнение, кг/с; V – удельный объем, м³/кг; площадь зазора в уплотнении, м²; С –скорость пара в зазоре, м/с; – коэффициент расхода уплотнения.

Расход через уплотнение определяется расходом через первый зазор. Так как суммарный перепад давлений на уплотнение Р₀ – Р₁ распределяется по всем зазорам, на первый зазор приходится небольшой перепад. Поэтому здесь развивается относительно небольшая скорость, которая и определяет невысокий расход через уплотнение. Поскольку расход через уплотнение и площадь зазора – величины постоянные для каждого отсека уплотнения (), увеличение удельного объёма V по мере понижения давления сопровождается таким же увеличением скорости С от зазора к зазору. Поэтому перепад энтальпий срабатываемый в каждом последующем зазоре, больше, чем в предыдущем.

 

 

Рис. 3. Схема лабиринтового уплотнения.

Отношение скорости к объёму – величина постоянная, что следует из уравнения неразрывности:

 

а кривая, подчиняющаяся этому закону, называется линией Фанно (рис.4).

Расход утечки через ступенчатое лабиринтовое уплотнение, кг/с, определяется по формуле:

 

,

где коэффициент расхода уплотнения, который зависит от формы гребней, их толщины и радиального зазора (рис. 5); F_у = π∙ d_у ∙δ_у – площадь зазора, м²; Р₀, V₀ - параметры перед уплотнением, бар, м³/кг;

Рис. 4. Линия Фанно.

 

отношение давлений уплотнения; число гребней. Величина радиального зазора но не меньше 0,2–0,3мм. Толщина гребня обычно составляет 0,2–0,3мм.

 

Оборудование. Исходные данные.

Работа выполняется на паровой турбине питательного турбонасоса ОВПТ-270А. Определяется расход утечки пара через заднее концевое уплотнение.

Параметры пара перед уплотнением (давление, энтальпия) принимаются из лабораторной работы №1, как параметры за последней ступенью. Давление за уплотнением принимается равным атмосферному, Р₁ = 1бар. Площадь зазора F_у определяется по результатам измерений. Коэффициент расхода μ_у определяется по рис. 5.

 

Порядок выполнения работы

1. Определить:

– число гребней заднего концевого уплотнения ;

– диаметр уплотнения d_у, мм;

– толщину гребня , мм;

– радиальный зазор , мм;

– форму гребней;

– коэффициент расхода по рис. 5;

– площадь зазора уплотнения F_у = π∙ d_у ∙δ_у, м²;

– расход утечки через уплотнение , кг/с.

Рис.5. Коэффициент расхода для уплотнений различной формы.

2. Построить линию Фанно методом итераций (последовательных приближений) от известного состояния пара за уплотнением в точке F (рис. 6).