Рабочий процесс многоступенчатой паровой турбины

Многоступенчатые паровые турбины

Современные паровые турбины обычно имеют активные ступени в области высокого давления и реактивные – в области низкого давления. Однако мы условно сохраним деление турбин на активные и реактивные. Активными турбинами мы будем называть и такие, которые вместе с чисто активными ступенями содержат и ступени соотносительно высокой степенью реактивностью (ρ = 0.3).

Под реактивной турбиной мы будем подразумевать турбины, в большинстве ступеней которых степень реактивности ρ > 0.5.

Рис. 50

Продольный разрез многоступенчатой активной турбины показан на рис. 50. На валу насажены диски с расположенными на их периферии рабочие лопатки. Диски разделены между собой диафрагмами, в которых расположены сопловые лопатки.

Во многих турбинах применяется сопловое парораспределение. Поэтому первая ступень проектируется с переменной степенью парциальностью. Такая ступень получила название регулирующая.

Мы видим, что полный теплоперепад всей турбины равномерно распределяется между последовательно расположенными ступенями турбины. На рис. 50 показан график изменения давления рабочего тела, крутящего момента на валу турбины и скоростей потока по отдельным ступеням активной турбины.

На рис. 51 показан процесс расширения рабочего тела в многоступенчатой турбине в h, s-диаграмме.

Процесс расширения состоит из последовательно расположенных процессов отдельных ступеней, где конечное состояние предыдущей ступени является начальным для последующей ступени.

Рис. 51

По мере расширения рабочего тела его удельный объём будет расти, что приведёт в последних ступенях к значительному росту проходного сечения сопловых и рабочих решёток и, в конечном итоге, к увеличению диаметров ступеней и высот лопаток.

На рис. 52 показана конструктивная схема проточной части реактивной турбины.

Обычно в реактивной турбине при сопловом парораспределении первая (регулирующая) ступень выполняется активной. За ней размещаются реактивные ступени с полным подводом рабочего тела.

Рис. 52

На рис. 52 также приведён график изменения давления и скоростей рабочего тела в проточной части реактивной турбины.

На рис. 53 показан процесс расширения рабочего тела в h, s-диаграмме.

Так как в реактивной турбине процесс расширения рабочего тела происходит как в сопловых решётках, так и в рабочих, то изменение термодинамического состояния рабочего тела на диаграмме изображается непрерывной плавной линией.

В связи с большими значениями (u/с_ф)_опт в реактивных ступенях по сравнению с активными при одной и той же окружной скорости u перерабатывается меньший теплоперепад и число этих ступеней в многоступенчатой турбине будет больше.

Рис. 53

Основное преимущество многоступенчатой турбины по сравнению с одноступенчатой заключается в том, что потери энергии в каждой ступени турбины приводит к повышению температуры рабочего тела перед последующей ступенью, т.е. располагаемый теплопепрепад этой ступени возрастёт по сравнению с расчётным.

В результате сумма располагаемых теплоперепадов в многоступенчатой турбине будет больше по сравнению с располагаемым теплоперепадом, взятым для всей турбины по основной изоэнтропе H^Т₀ .

Тогда использованный топлоперепад всей турбины будет равен:

, (163)

где Q – часть потерь в ступенях турбины, которые могут быть использованы в последующих ступенях.

КПД всей турбины будет равен:

, (164)

где q_Т – коэффициент возврата теплоты.

Коэффициент возврата теплоты можно найти по приближённой формуле:

, (165)

где z – число ступеней турбины,

k_T = 4.8 х 10 ^-4 - для турбины, работающей в области перегретого пара;

k_T = 2.8 х 10 ^-4 - для турбины, работающей в области влажного пара;

k_T = (3.2 – 4.3) х 10 ^-4 - для турбины, работающей в переходном диапазоне от области перегретого пара в область влажного пара;

на рис. 54 приведены кривые изменения коэффициента возврата теплоты в зависимости от числа ступеней турбины при различных значениях относительных внутренних КПД ступени.

Рис. 54