Средний коэффициент нагрузки ступеней турбины

,                                             (7.7)

где  окружная скорость на среднем радиусе рабочего колеса i – той ступени.

Рассмотрим далее связь между КПД турбины  и КПД ее ступеней . Согласно определению КПД ступени в параметрах заторможенного потока равен . Тогда в соответствии с формулой (7.2)

.

Следовательно, согласно формуле (7.6), КПД турбины в целом равен

.                                      (7.8)

Если КПД всех ступеней одинаков, т.е. , то . Но согласно (7.3) .Следовательно,

.                                      (7.9)

Таким образом, вследствие наличия возврата теплоты КПД много­ступенчатой турбины оказывается в (1+ a) раз выше, чем среднее значение КПД ее ступеней.

Обычно  = 0,01...0,02, т. е. КПД турбины превышает КПД ее ступеней на 1…2%.

 

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК

СТУПЕНИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

Характеристикой ступени газовой турбины называется зависимости параметров, характеризующих ее эффективность таких как L _ст, G _ги , от режимных параметров, т.е. от n, ,  и .

Таким образом, параметры ступени турбины зависят от многих факторов. Поэтому их представляют в виде зависимости между критериальными параметрами, полученными на основе теории подобия.

Как и в компрессорах, течения в геометрически подобных ступенях турбины являются подобными, если в них одинаковы определяющие критерии подобия.

При течении газа в ступенях турбины обычно число Рейнольдса Rе>Rе_кр (Rе_кр≈10⁶). Кроме того, можно считать постоянными k _г и R _г.

Тогда в геометрически подобных ступенях турбины течения газа будут подобными, если в них одинаковы числа Маха по осевой M _{a 1} и окружной М _{u 1} составляющей относительной скорости газа на входе в РК (в сечении 1-1,

рис. 6.1). Однако эти критерии не удобны для практического использования, поэтому вместо них используют другие критериальные параметры.

Вместо M _{a 1} используют M _{a 2} за ступенью турбины, т.к. оно меняется в более широких пределах, чем M _{a 1}. Но при дозвуковой составляющей скорости газа в ступени M _{a 2} и q (λ _{а 2}) однозначно связаны между собой. В то же время q (λ _{а 2}) однозначно определяется значением , что следует из баланса расходов газа через вход и выход из ступени турбины

, откуда ,

где  – коэффициент потерь полного давления в сопловом аппарате, а n – показатель политропы процесса расширения газа в ступени турбины.

Вместо критерия M _u можно использоватьоднозначно связанную с ним приведенную скорость

 ,

где u – окружная скорость РК на его среднем радиусе, –критическая скорость потока газа на входе в ступень турбины, а n – частота вращения РК.

Таким образом,  является критериальным параметром и называется параметром частоты вращения рабочего колеса ступени турбины.

Критериальные параметры  и  являются определяющими для геометрически подобных турбин, а для одной и той же турбины определяющими являются критериальные параметры  и , т.к. они содержат геометрические параметры ступени турбины. Эти параметры определяют режим работы ступени турбины.

Определяемыми параметрами ступени турбины являются:

– параметр работы

,                            (7.10)

получаемый из формулы для работы ступени турбины;

- параметр расхода

,                            (7.11)

получаемый из формулы расхода газа через критическое сечение СА ступени турбины, где  – относительная плотность тока в этом сечении;

– коэффициент полезного действия ступени турбины .

С учетом сказанного, характеристикой ступени турбины в критериальных параметрах называется зависимость её КПД, параметра работы и параметра расхода газа от параметра частоты вращения  (или ) и степени понижения давления , т.е.

;                                  (7.12)

                                 (7.13)

или

,                         (7.14)

или

; ; .  (7.15)