Потери энергии и КПД турбины

Все потери энергии паровой турбины можно разделить на две группы: внутренние и внешние. Внутренние потери возникают внутри корпуса турбины и приводят к уменьшению используемого теплоперепада h_Q. Они представляют собой потерю энергии пара на трение, вихри, удар и пр. Потерянная энергия превращается в тепло, повышая конечную энтальпию пара. К внешним потерям турбины относятся потери от утечки пара через концевые уплотнения и механические потери.

Внутренние потери

К внутренним потерям, помимо рассмотренных выше потерь (см. § 8.2) (в сопловой решетке /*_с, в каналах рабочих лопаток И_л и с выходной скоростью /?_в), относятся: потери на трение и вентиляцию, потеря на утечку пара через внутренние зазоры, потеря от влажности и др.

Потеря на трение и вентиляцию h_ja. Потеря на трение диска о пар вызвана тем, что вращающийся диск увлекает за собой окружающие его частицы пара. На преодоление трения и сообщения частицам пара ускорения затрачивается некоторая энергия.

Потеря на вентиляцию возникает в первых ступенях активных турбин, имеющих парциальный подвод пара, когда рабочие лопатки, проходя промежутки между соплами, действуют как вентилятор, подсасывая пар из зазора и прокачивая его с одной стороны диска на другую.

Кроме того, при подходе лопатки к соплу струя рабочего пара «выколачивает» нерабочий пар, заполняющий канал лопатки. На все это тратится часть энергии струи рабочего пара.

Величина h_ja получается значительной для двухи трехвенечных дисков Кертиса с парциальным подводом пара, работающих с паром высокого давления. Для ступеней низкого давления активных турбин с полным подводом пара величина h_{T в} невелика, и часто сю можно пренебречь. Особенно небольшой получается потеря /?_тв в реактивных турбинах при барабанной конструкции ротора, так как здесь всегда степень парциальности е = 1, а трение барабана со сплошной поверхностью о пар невелико.

Потеря на утечку пара через внутренние зазоры возникает между диафрагмами и валом у активных турбин со ступенями давления или через радиальные зазоры у реактивных турбин (см. рис. 8.12).

Энергия пара, протекающего через внутренние зазоры, не используется в данной ступени, а потому ухудшает ее КПД. Если потерянную в данной ступени энергию 1 кг рабочего пара из-за утечки обозначить через И^ то на такую величину увеличится энтальпия пара за рабочими лопатками этой ступени. Особенно большое значение И^ имеют турбины высокого давления.

Потеря от влажности пара И_ы возникает в последних ступенях конденсационных турбин, работающих в области влажного пара. Частицы влаги в паре движутся медленнее сухого пара, а потому их относительная скорость w, направлена не по касательной к входной кромке лопаток. Ударяясь о спинки лопаток, частицы влаги производят тормозящее действие на ротор, снижая работу, передаваемую на лопатки. Одновременно капельки воды разрушающе действуют на входные кромки рабочих лопаток. Поэтому минимально допустимым значением сухости пара в последних ступенях турбины можно считать х = 0,88−0,90.