Меню сайта

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Паровые турбины. Часть 2

Последние ступени конденсационных турбин при изменении объемного пропуска пара

  за этими ступенями,

, зависит от многих факторов: расхода пара, температуры и расхода охлаждающей воды, загрязнения трубок конденсатора и т. д. Другой важной особенностью последней ступени, рассмотренной в § 3.5, является максимальная из всех ступеней турбины веерпость и в связи с этим наибольшее расхождение в параметрах в корневой и периферийной зонах, наибольшее изменение по высоте профилей рабочих лопаток.

Эти особенности последней ступени требуют специального рассмотрения переменного режима ее работы.

Сначала, как и в предыдущих параграфах этой главы, рассмотрим процесс расширения пара для среднего диаметра ступени, не затрагивая пока изменения параметров по радиусу. Предполагаем, что при изменении давления отработавшего пара расход его сохраняется неизменным.

Вначале проанализируем с качественной стороны изменения, которые будут происходить в ступени при изменении давления на выходе из нее.

Если в решетках последней ступени не возникает критической скорости, то изменение давления за ступенью будет отражаться также и па давлении перед ступенью. Начиная с режима, когда при понижении давления в одной из решеток последней ступени будет достигнута скорость звука, дальнейшее понижение давления отработавшего пара не будет влиять па давления и скорости во всех решетках, расположенных вверх по потоку от этого критического сечения.

  При повышении противодавления уменьшаются не только скорости при выходе из ступени, но и скорости пара при выходе из сопловой решетки. Треугольники скорое гей, отвечающие этому докри-тическому режиму, имеют индекс 1.

  и, следовательно, также не увеличивается мощность последней ступени.

  критическая скорость сначала возникает в горле сопловой решетки, то и в пей расширение будет также происходить в косом срезе и сопровождаться отклонением струи пара.

  отвечают предельному расширению в косом срезе рабочих решеток.

  передаваемое па лопатки ступени, возрастает лишь до тех пор, пока растет сумма проекций скоростей:

  а следовательно, и мощность ступени будут сохраняться неизменными.

Таким образом, при данном расходе пара каждая ступень при понижении противодавления способна увеличивать мощность не беспредельно, а только до вполне определенного уровня.

  см. формулы (7.15), (7.20) и (7.21).

Различные при этом числа Рейнольдса в степени влажности могут учитываться отдельно, например с помощью поправочных коэффициентов.

  с определения которой начинается расчет

переменного режима работы ступени, увеличивается с ростом объемного расхода.

  у корня существенно меньше, чем

  не будут

меняться, то, следовательно, распределение расхода но высоте ступени также не изменится.

  . В этой зоне произойдет изменение давления перед рабочей решеткой, см. на рис. 7.25 кривые для режимов

  за сопловой решеткой; Этот градиент давления согласно анализу, проведенному в § 3.4.

определяется углом выхода потока из сопловой решетки, который останется почти тем же, и изменением наклона (угла V) и формы меридиональных линий тока:

,

  (рис. 7.25, в) сопротивление этой части рабочей решетки будет возрастать. Вследствие этого поток пара, выходящий из сопловой решетки, будет стремиться в периферийные участки рабочего колеса, где из-за большей конфузорности и меньшей чувствительности сечений рабочей решетки к изменению угла входа условия обтекания обычно более благоприятны.

Все это приводит к перераспределению расходов пара по высоте, увеличению удельного расхода в периферийной части и сокращению его в корневой, что подтверждается опытными данными, полученными ВТИ па нескольких турбинах.

. Поскольку удельный объем пара примерно постоянен по высоте, то изменение

(на рис. 7.27)

  зона корневого отрыва, т. е.

  это обратное движение может, как показали опыты ВТИ, охватить даже и предыдущие ступени.

Физически этот отрыв объясняется существенно диффузор-ным характером потока в этой зоне, когда кинетической энергии частиц пара в пограничном слое оказывается уже недостаточно для преодоления повышения давления.

Резкое изменение условий течения, начавшееся с корневой зоны, нарушает расчетную схему обтекания и во всей ступени. В периферийной зоне, где обычно каналы рабочих лопаток слабоконфузорны, а сама решетка весьма чувствительна к изменению режима, также обнаруживается вихревое движение пара. Это завихрение (но опытам ВТИ и ХПИ) начинается в зазоре ступени или даже (при крутом меридиональном обводе диафрагмы) еще в сопловой решетке (рис. 7.28, а).

резко падает КПД ступени и даже становится отрицательным. При этом ступень не вырабатывает полезной мощности, а отнимает ее от других ступеней турбины. Согласно опытным данным, представленным на рис. 7.29.

 


  Ступень испытывалась в многоступенчатой экспериментальной турбине ЦКТИ.

. Дальнейшее

па выходе из рабочей решетки.

  которая достигает максимального значения.

  действующих на рабочие

лопатки последней ступени, динамические напряжения в них увеличиваются, что может вызвать поломки лопаток.

  и тем самым к большей разнице по высоте в характеристиках потока и к большим напряжениям в лопатках, то еще при проектировании ступени принимают необходимые меры к обеспечению ее надежной работы.

С одной стороны, желательно повышать вибрационную надежность рабочих лопаток, применяя соответствующие материалы для них, а также увеличивая кратность ближайшей резонансной зоны.

, а также при значительном ухудшении вакуума.

когда кратковременно, но существенно возрастают динамические напряжения в лопатках. При этом иногда происходят поломки лопаток последних ступеней.

Однако существуют и другие пути стабилизации режима работы последней ступени при пониженных объемных расходах пара.

  и других условий течения на входе.

будет работать ступень при режиме холостого хода, крайне неблагоприятного с точки зрения неустановившихся процессов обтекания и динамических напряжений.

при переходе от корневого сечения к периферийному. Для этого удельный расход пара от корня к периферии должен уменьшаться.

Применение саблевидных сопловых лопаток (рис. 3.24), при которых увеличивается корневая реактивность, улучшаются условия обтекания корневых зон сопловых и последующих рабочих лопаток [54—56].

Следует отметить, что предлагаемые первые три способа непосредственно или косвенно сказываются на экономичности ступени при расчетном режиме и, как правило, приводят к ее снижению. Это объясняется следующим:

а)             увеличение теплоперепада обычно означает, что отношение скоростей в ступени меньше оптимального;

  и, следовательно, тем больше разница в высотах рабочих лопаток этих ступеней. При большой разнице этих высот последнюю ступень приходится выполнять с неблагоприятно крутым наклоном меридионального пери ферийного обвода;

может ощутимо снизить экономичность всей турбины;

г) увеличение степени реактивности в корневом сечении ступени во многих случаях из-за уменьшения угла поворота потока в корневой части рабочей решетки снижает моменты инерции и сопротивления профиля лопатки в этой зоне. Это, в свою очередь, требует увеличения хорды профиля, что приводит к уменьшению относительного шага решетки ниже оптимального значения.

Таким образом, выбор основных характеристик последней ступени, как было отмечено в § 3.5, должен проводиться исходя из комплекса требований: обеспечения надежности в заданном диапазоне режимов, повышения экономичности при расчетном и нерасчетных режимах работы.

Отметим, что во всех случаях большое значение для оптимального проектирования последней ступени имеет профилирование сопловых и особенно рабочих лопаток, обеспечивающее не только минимальные потери, но и малую чувствительность решетки к изменениям режима обтекания. Этот вопрос рассматривался в § 2.4, 2.5 и 3.5.

Следует в заключение указать, что анализ переменного режима работы последней ступени описан упрощенно. Для более полного анализа необходимо использовать методику расчета трехмерного потока.

, хорды профилей, межвенцовые

, или их синусов зависимость изменения по высоте со свободными, оптимизируемыми коэффициентами.

  (см. § 7.3). Все расчеты, в том числе и оптимизационные, проводятся по специальной программе, использующей полные уравнения, учитывающие искривление и наклон меридиональных линий тока по

практически не сказалось на экономичности ступени. Как было показано ранее, максимальный КПД