Если вращение рабочего колеса, глядя со стороны входа газа, происходит по . стрелке, лопатка считается правой, против часовой стрелки - левой.
К термодинамическим параметрам ступени относят степень понижения давления, раб расширения и кпд.
К газодинамическим параметрам осевой турбинной ступени относят работу на окружности, коэффициент расхода и характеристический коэффициент.
В результате прохождения через рабочее колесо поток в абсолютном движении меняет направление, а в турбине движется как бы по спирали. Окружная скорость на среднем диаметре в приводных газовых турбинах составляет 250-350 м/с, а в сильно нагруженных ступенях может достигать на периферии 400-450 м/с. Она ограничена прочностью ступени. дует различать геометрические углы и поточные. Разницу между ними называют углом атаки. Угол атаки может быть как положительным, так и отрицательным.
Коэффициент расхода определяют отдельно для соплового и рабочего венцов, но часто используют и средний для ступени, который составляет 0,5-0,9, плавно возрастая от первой к последней ступени в отсеке. Он связан с удельной работой ступени, влияет на высоты лопаток, на потери в патрубке за последней ступенью отсека.
Характеристический коэффициент определяет направление выхода потока за рабочим колесом и достижимую работу в ступени. При отклонении характеристически коэффициента от оптимального значения затруднено использование выходной скорости в следующей ступени, а в последней ступени возрастают потери с выходной скоростью. Из оптмального значения характеристического коэффициента следует, что теплоперепад, который можно эффективно сработать в одной ступени, зависит от окружной скорости.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислить важнейшие геометрические характеристики ступени
2. Что является важной геометрической характеристикой лопаточной решетки?
3. При каком условии лопатка рабочего колеса считается правой, левой?
4. Что относят к термодинамическим параметрам ступени?
5. Что относят к газодинамическим параметрам осевой турбинной ступени?
6. Что определяет характеристический коэффициент?
Тема 3.5 Потери в осевой турбинной ступени
Студент должен:
знать: все виды потерь располагаемой работы, возникающие в реальной турбинной ступени;
уметь: рассчитывать основные размеры первой ступени и количество ступеней осевой турбины.
Классификация и способы количественной оценки потерь. Коэффициент количественной оценки потерь располгаемой работы. Профильные потери (потери на трение, кромочные потери, потери от угла атаки и волновые). Зависимость коэффициента потерь на трение от утла атаки для активной и реактивной решеток.
Концевые потери (потери на трение по концам лопаток, потери от вторичных течений, потери от перетекания газа через зазор в безбандажных венцах).
Потери во вращающемся венце (потери от радикальной неуравновешенности, нестационарности и веерности).
Конструктивные схемы типовых лабиринтных уплотнений, применяемых в газовых турбинах, и потери из-за утечек газа через лабиринтные уплотнения.
Практическая работа №4.
Литература: [3], стр. 50-55
Методические указания
Потери в турбинной ступени, состоящей из двух венцов, разделенных межвенцовым зазором, складываются из профильных, концевых и от вращения, если венец вращается.
Профильные потери можно разделить на потери трения, кромочные, потери от угла атака и волновые.
Потери на трение о профильную часть лопатки связаны с образованием пограничного слоя на профильной поверхности.
Потери трения зависят от шероховатости поверхности профиля. Потери трения возрастают при увеличении угла поворота потока в решетке и при снижении конфузорности.
Кромочные потери в газовых турбинах наблюдаются за кромками в потоке, где прослеживаются вихревые следы, которые полностью исчезают на расстоянии приблизительно 1,5 t. Кромочные потери усиливают неравномерность потока по шагу.
Потери от угла атаки связаны с тем, что при больших положительных углах атаки на спинке, а при отрицательных на вогнутой поверхности, возникают отрывные течения.
Волновые потери имеют место только в том случае, если скорость потока в какой-то части профиля достигает скорости звука или превосходит ее.
В концевые потери обычно включают потери трения по концам лопаток, потери от вторичных течений и от перетеканий через зазор в безбандажных венцах.
Потери во вращающемся венце складываются из потерь от радиальной неуравновешенности, нестационарности и веерности.
Потери в межвенцовом зазоре зависят от того, является ли он открытом или закрытым. При открытом осевом зазоре происходит подсос среды и размыв потока у корня, может иметь место и утечка рабочего тела. Закрытый осевой зазор позволяет снизить поднос или утечку.
Вопросы для самоконтроля
1. Из каких потерь складываются потери в венце ступени турбины?
2. На какие потери разделяются профильные потери?
3. От чего зависят потери трения?
4. Как влияют на потери положительные и отрицательные углы атаки?
5. Какие потери включают в себя концевые потери?
6.Из чего складываются потери во вращающемся венце?
7.С чем связаны потери от радиальной неуравновешенности?
8.Чем вызваны потери от нестационарности потока0
9.С чем связаны потери от веерности?
10.От чего зависят потери в межвенцовом зазоре?
Тема 3.6 Характеристики газовых турбин
Студент должен:
знать: зависимости температуры, давления, расхода газа и частоты вращения ротора от изменения внешней нагрузки;
уметь: строить характеристики газовых турбин при изменении режима работы турбины.
Зависимость температуры, давления и расхода газа, а такие частоты вращения ротора от изменения нагрузки. Построение характеристики турбины с использованием приведенного расхода и частоты вращения.
Литература: [2], стр. 63-65; [3], стр. 184-187, [4], стр. 148-155; [5], стр. 73-76
Методические указания
Регулирование режимов работы ГТУ можно проследить на основе совмещения характеристик осевого компрессора, турбины и нагнетателя, прежде всего ГТУ простейших схем открытого цикла.
При изменении режима работы турбины изменяются температура, давление и расход газа. Связь между этими величинами при изменении нагрузки называют характеристикой турбины.
Для построения характеристики турбины удобно пользоваться не абсолютными, а относительными приведенными расходом и частотой вращения.
Приведенный расход газа через турбину не зависит от частоты вращения турбины к практически зависит от соотношения давлений расширения, что позволяет построить совмещенные характеристики и турбины в одних и тех же координатах. В общем виде характеристиками турбины являются зависимости степени расширения и кпд от относительного приведенного расхода и относительной приведенной частоты вращения.
Самый точный способ определения характеристик - испытания турбины, при которых на каждом режиме измеряют температуру, давление и расход газа, частоту вращения ротора и определяют кпд.
Вопросы для самоконтроля
1. Что называют характеристикой турбины?
2. Какими величинами пользуются для характеристики турбины?
3. Что называют универсальной характеристикой турбины?
4. Как изменяется кпд турбины при увеличении или уменьшении расхода газа?
5. Какие параметры газовых турбин можно определить по их характеристикам?
Раздел 4. ЭКСПЛУТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ПРИ РАБОТЕ НА
ГАЗОПРОВОДАХ, ИХ КОНСТРУКЦИИ
Тема 4.1 Газовые турбины, их конструкции и
характеристики
Студент должен:
знать: основные элементы газовой турбины
Основные элементы газовой турбины, их назначение и конструкция. Активная и реактивная турбинная ступень, их характеристики.
Литература: [2], стр. 6-22; [4], стр. 102-114; [3J, стр. 96-116
Методические указания
Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия преобразуется в механическую энергию на валу агрегата.
Основными элементами газовой турбины с внутренней теплоизоляцией при выносной камере сгорания являются: внешний корпус, обеспечивающий прочность и жесткость установки, внутренний корпус, обеспечивающий направление потока газа, который отделен от внешнего корпуса слоем изоляции .
По пути продуктов сгорания устанавливаются направляющие и рабочие лопатки турбины высокого и низкого давления. Выпускные патрубки газовых турбин разделяются на две зоны: первая - это диффузор, вторая за диффузором - зона отводных газов в круглое сечение газопровода.
Назначение диффузоров - увеличить теплоперепад на турбину за счет снижения статистического давления за ТНД и частичного преобразования скоростного напора в давление.
Рабочие лопатки газовых турбин - одни из наиболее напряженных деталей газовых турбин. Рабочие лопатки турбины крепят на ее роторе с помощью хвостовиков, выполненных в форме елочной конструкции. Рабочие лопатки турбин закручены по высоте с целью равномерного обтекания их рабочим телом.
Сопловый аппарат первой ступени турбины в современных ГТУ выполняют с двухопорными соплами, так как именно он воспринимает наибольший перепад давления и наибольшее термическое напряжение.
Под турбинной ступенью понимается совокупность направляющего аппарата и расположенного за ним рабочего колеса.