Особенности расширения пара в многоступен-чатых турбинах. мощность и кпд паровой турбины

 

Выше были рассмотрены процессы расширения пара в одноступенчатых активных и реактивных турбинах. Процесс расширения пара в многоступенчатой турбине имеет свои особенности. Они состоят в том, что энергия выходной скорости пара, являющаяся потерей с выходной скоростью для каждой конкретной ступени турбины, используется в последующих ступенях, и окончательно теряется только для последней ступени турбины. Потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию пара перед следующей ступенью. В области перегретого пара это приводит к повышению температуры пара, а в области влажного – к увеличению степени сухости. За счет повышения энтальпии пара теплоперепад, срабатываемый в последующей степени, увеличивается на некоторую величину –.

 

На рис. 61 изображен процесс расширения пара в трехступенчатой турбине с некоторой степенью реактивности –.

Расширение пара происходит последовательно в ступенях 1, 2 и 3. В каждой ступени турбины пар расширяется в сопловом аппарате и частично – в каналах, образованных рабочими лопатками. Внутренние потери энергии в каждой ступени учитываются приращением энтальпии пара:,,,. Использованный теплоперепад первой ступени турбины складывается из располагаемого теплоперепада за вычетом потерь энергии:

 

В каждой последующей ступени используемый теплоперепад включает в себя дополнительно величину, равную потере с выходной скоростью предыдущей ступени. Использованный теплоперепад для всей многоступенчатой турбины будет равен сумме использованных теплоперепадов ее ступеней:

 

Поскольку изобары на диаграмме не являются параллельными линиями, то адиабатный теплоперепад каждой отдельной ступени (кроме первой) больше, чем соответствующий теплоперепад этой ступени на основной адиабате:

 

,     

 

Таким образом, сумма располагаемых теплоперепадов ступеней турбины больше общего теоретического теплоперепада всей турбины – на некоторую величину –:

 

Отношение суммы располагаемых теплоперепадов ступеней к располагаемому теплоперепаду всей турбины получило название коэффициента возврата теплоты:

 

 

Рис. 61. Процесс расширения пара в трехступенчатой турбине с некоторой степенью реактивности.   , – начальные параметры пара; ,, – давление пара за направляющим аппаратом первой, второй и третьей ступени соответственно; , – давление пара за рабочими лопатками первой и второй ступеней;  – конечное давление пара (за рабочими лопатками третьей ступени);  – теоретический располагаемый теплоперепад турбины; ,, – располагаемые теплоперепады первой, второй и третьей ступеней; ,, – потери в направляющем аппарате первой, второй и третьей ступеней; ,, – потери в рабочих лопатках первой, второй и третьей ступеней; ,, – другие внутренние потери в первой, второй и третьей ступенях; ,, – потери с выходной скоростью в первой, второй и третьей ступенях; ,, – использованные теплоперепады первой, второй и третьей ступеней;  – использованный (внутренний) теплоперепад турбины;

В физическом смысле коэффициент возврата теплоты показывает: во сколько раз повышается КПД группы ступеней по сравнению с КПД отдельной турбинной ступени.

Внутренний КПД многоступенчатой турбины представляет собой отношение использованного в турбине теплоперепада к располагаемому теплоперепаду:

 

Внутренней мощностью паровой турбины называется мощность, соответствующая использованному теплоперепаду:

 

,  [ кВт ]

где:

, [ кг/с ] – расход пара через проточную часть турбины.

 

Учитывая, что использованный теплоперепад турбины, получим выражение для внутренней мощности многоступенчатой турбины:

 

,  [ кВт ]

 

Эффективный КПД турбоагрегата учитывает как внутренние, так и внешние потери:

 

где:

 – механический КПД ГТЗА;

 – коэффициент, учитывающий потери от неработающих ступеней;

 – механический КПД турбины;

– КПД редуктора (зубчатой передачи).

 

С учетом эффективного КПД, эффективная мощность турбоагрегата будет определяться как следующее выражение:

 

т.е. эффективная мощность ГТЗА, снимаемая с фланца отбора мощности и передаваемая валопроводу зависит:

– от расхода пара –;

– от начальных (перед турбиной) и конечных (за турбиной) параметров пара, определяемых верхним и нижним значениями располагаемого теплоперепада –;

– от совершенства и качества изготовления деталей турбины, деталей ее проточной части, и мероприятий, уменьшающих внутренние и внешние потери энергии в турбоагрегате.