Работа ступени при нерасчетном режиме

Изменение расхода пара на турбину приводит к изменению давлений и теплоперепадов по ее ступеням. Характер и значения изменений этих параметров определяют по соотношениям, приведенным выше. Все изменения режима работы ступени можно свести к изменениям следующих режимных параметров: отношения скоростей ; чисел Маха для сопловой и рабочей решеток; числа Рейнольдса. Кроме того, могут изменяться степень влажности пара, условия его входа в ступень и выхода из нее.

В общем случае эти параметры изменяются одновременно, но нагляднее рассмотреть влияние каждого из них на степень реактивности и КПД ступени.

Изменение степени реактивности. При изменении расхода пара изменяется располагаемый теплоперепад ступени, а следовательно, отношение скоростей при постоянной частоте вращения турбины.

Из определения степени реактивности ступени следует

, или .

Рассчитав скорости , и при переменных режимах работы ступени, можно определить степень ее реактивности.

В приближенных расчетах переменных режимов, если скорости пара в ступенях турбины меньше критических, обычно используют следующую формулу:

,

где и - степени реактивности; U/C_ф и (U/C_ф)₀ - отношения скоростей соответственно при измененном и расчетном режимах.

Зависимость степени реактивности ступеней от отношения скоростей U/C_ф, подсчитанная по этой формуле, показана на рис.61, а.

Если скорость в рабочей решетке свехкритическая, увеличение теплоперепада ступени означает постоянство теплоперепада в сопловой решетке и рост теплоперепада в рабочей (рис.61, б). Таким образом, несмотря на уменьшение отношения U/C_ф (при n=const), степень реактивности ступени возрастает.

Изменение КПД ступени. Зависимость КПД и от отношения скоростей U/C_ф подробно рассматривалось ранее. Параболическая зависимость этих КПД от U/C_ф была получена в предположении, что потери в решетках изменяются мало. При изменении нагрузки (расхода) турбины будет изменяться степень реактивности ее ступеней. Как было установлено, КПД ступени изменяется не только за счет потерь и выходной скоростью, но и других потерь:

в рабочей решетке, так как изменяются угол входа в рабочую решетку и числа М₂ и ;

в сопловой решетке, так как изменяется ее теплоперепад, а, следовательно, степень реактивности и числа М₁ и от трения диска, утечек и влажности.

а) б)

Рисунок 61 - Зависимость степени реактивности ступени от отношения скоростей U/C_ф (а) и ее располагаемого теплоперепада (б)

Рисунок 62 – Зависимость относительного внутреннего КПД ступени от отношения скоростей U/C_ф

Статистическая обработка экспериментальных данных дает параболическую зависимость относительного внутреннего КПД ступени от отношения скоростей (U/C_ф)/ (U/C_ф)_opt (рис. 62), которая выражается следующей формулой:

.