Расширение в косом срезе сопла. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расширение в косом срезе сопла.



 

Ранее рассматривалось течение рабочей среды в соплах, у которых выходное сечение АВ перпендикулярно оси канала.

В турбинах ось соплового канала не перпендикулярна выходному сечению, а образует с ним угол α1 < 90° (рис. 4.12, а). Этим обеспечивается необходимое направление потока на рабочие лопатки.

По этой причине на выходе из сопла образуется косой срез ABC. Сечение АС будем называть выходным сечением косого среза, а сечение АВвыходным, или последним, закрытым сечением сопла. Косой срез имеется и в рабочем канале.

Рис. 4.12. Расширение рабочей среды в косом срезе сходящегося (а) и расходящегося (б) сопла

 

Ранее отмечалось, что в сходящихся соплах без косого среза нельзя расширить рабочую среду так, чтобы ее давление стало меньше, чем критическое. Для достижения нужной степени расширения рабочей среды следует применять расширяющиеся сопла.

Опыты показывают, что при наличии косого среза в сходящихся соплах можно расширить поток до возникновения в нем давления ниже критического и получить скорость больше критической.

Это возможно по той причине, что косой срез является своеобразной расширяющейся частью насадки.

Расширение в косом срезе возникает при наличии в нем перепада давлений.

В сходящихся соплах такой перепад появляется, если давление за соплом будет ниже критического 1 < ркр).

В расширяющихся соплах (рис. 4.12, б) перепад давлений в косом срезе возникает в тех случаях, когда давление за соплом оказывается ниже расчетного давления рВ в закрытом сечении сопла 1 < рВ).

Особенностью расширения в косом срезе является поворот потока относительно оси канала, в результате чего угол выхода α '1 рабочей среды из косого среза оказывается больше угла выхода α 1 ее из выходного сечения сопла на величину θ (тета) (рис. 4.12, а). Таким образом, α '1 = α 1 + θ.

 

Причина отклонения потока в косом срезе заключается в следующем. При наличии расширения в косом срезе, например сходящегося сопла, в закрытом сечении АВ устанавливается критическое давление ркр, большее, чем давление р1 за соплом.

 

В точке А расширение рабочей среды и изменение давления от ркр до р1 происходит почти мгновенно, в то время как вдоль стенки ВС давление падает постепенно.

 

В результате в потоке возникает разность давлений, под действием которой он отклоняется в сторону меньшего давления.

При увеличении угла α 1 расширительная способность косого среза уменьшается и при α 1 = 90° становится равной нулю (косого среза нет).

 

Мв = сВ В число Маха в выходном сечении сопла.

 

сВ - скорость рабочей среды в выходном сечении сопла;

аВ –скорость звука в выходном сечении сопла.

 

Увеличение числа Мв также ведет к уменьшению расширительной способности косого среза. По этой причине при равных углах α 1 расширительная способность косого среза сходящегося сопла больше, чем расходящегося.

Расширение в косом срезе используется в паровых турбинах, так как позволяет применять сравнительно простые сходящиеся сопла даже при сверхкритических перепадах давлений.

Сходящиеся сопла с расширением в косом срезе рекомендуется применять при p1 / p0 * 0,3. При меньшем отношении давлений следует использовать сопла расходящиеся, так как расширительная способность косого среза будет недостаточна.

 

Преобразование энергии пара в ступени турбины

 

Степень реактивности. Выходящий из сопл (направляющего аппарата) пар со скоростью с1 попадает в каналы, образованные рабочими лопатками турбины, и здесь благодаря кривизне лопаток происходит преобразование кинетической энергии в механическую работу вращения рабочего колеса.

При прохождении каналов рабочих лопаток пар в общем случае подвергается дополнительному расширению от давления р1 в зазоре между соплами и рабочими лопатками до давления р2 за рабочими лопатками. При этом дополнительном расширении часть энергии пара в ступени превращается в кинетическую энергию.

Таким образом, суммарный располагаемый перепад энтальпий в ступени делится на две части: первая часть hан используется в направляющем аппарате ступени, а вторая h ар — в ее рабочем венце.

Отношение изоэнтропийного перепада энтальпий на рабочих лопатках к располагаемому перепаду энтальпий всей ступени называется степенью реактивности ступени (ρ), т. е.

 

ρ = hap / ha (12.13)

 

Степень реактивности показывает, какая часть изоэнтропийного перепада энтальпий ступени приходится на рабочие лопатки.

Зная величину ρ и h а, легко определить изоэнтропийные перепады энтальпий в соплах и на рабочих лопатках:

 

hан = (1 – ρ) ha

hap = ρ ha

Приведенные выражения для hан и hap получены из условия, что сумма перепадов энтальпий в соплах и на рабочих лопатках равна изоэнтропийному перепаду ступени.

В отдельных случаях расчеты упрощаются, если в понятие степени реактивности вместо изоэнтропийного входит располагаемый перепад энтальпий:

ρ* = hap / ha*

Соответственно

hap = ρ* ha*

hан = (1- ρ*) ha*

Сопоставляя выражения для ρ и ρ*, находим связь:

 

ρ* = ρ ha / ha*

 

Рис. 1.3. Процесс расширения в турбинной ступени, работающей по активно-реактивному принципу в диаграмме i—s

Это не совсем точно, так как из-за расходимости изобар в диаграмме i – s отрезок 1t – 2 ' t на рис.1.3 немного меньше отрезка 1 - 2t.

Разность между этими отрезками в пределах ступени невелика, поэтому в дальнейшем будем считать, что h'ap = hap.

 

Если ρ = 0, то в каналах рабочих лопаток не происходит дополнительного расширения пара. Такой принцип преобразования энергии в ступени называется активным принципом действия турбины, а ступень — активной ступенью давления.

 

Когда ρ = 0,5, то располагаемый перепад энтальпий в ступени преобразуется в кинетическую энергию поровну и в направляющих каналах, и в каналах рабочих лопаток. Принцип преобразования энергии в такой ступени называется реактивным принципом действия турбины, а ступень — реактивной ступенью давления.

 

Если 0 < ρ < 0,5, то располагаемый перепад энтальпий в ступени преобразуется в кинетическую энергию в большей степени в соплах, а в меньшей — в рабочих лопатках. Такая ступень турбины называется активной ступенью с реактивностью.

 

В заключение отметим, что степень реактивности ступени меняется по высоте рабочих лопаток, увеличиваясь от корневого сечения к периферии. В дальнейшем, если не оговаривается, указывается степень реактивности на среднем диаметре ступени.

 

У современных паровых турбин все ступени работают с меньшей или большей степенью реактивности. Поэтому понятие активная и реактивная ступени является условным и характеризует только их конструктивное различие.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-19; просмотров: 983; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.162.113 (0.009 с.)