Характеристики газовых турбин

При изменении режима работы турбины изменяются темпера­тура, давление и расход газа, а также частота вращения ротора *. Связь между этими величинами при изменении нагрузки называ­ют характеристикой турбины.

Для построения характеристики турбины удобно пользоваться не абсолютными, а относительными величинами. В этом случае можно не строить характеристики для каждой температуры или " каждого давления газа, а учесть их влияние за ранее, используя, приведенные расход и частоту вращения*: G_a=GyT_c/p_c; п_п=/г/у7_с.

Температура и давление газа могут быть выбраны в любой характерной точке проточной части турбины, например темпера­тура Т_е и давление р_е перед турбиной.

На практике удобнее пользоваться не абсолютными, а относи­тельными приведенными расходом и частотой вращения:,

Gn_ __ _G_ Pgo -I/ Zk_- " п _ ^п -1 / Тд> Опо Go Рс V Т_с0' п_по п₀ У Т_с '

* Если турбина приводит во вращение работающий на сеть электрический генератор, то частота вращения ее ротора постоянна.

Индексом 0 обозначены величины, относящиеся к расчетному режиму работы турбины; без этого индекса даны величины, отно­сящиеся к режиму частичной нагрузки. ^ч

„ Относительные величины принято для краткости обозначать сверху чертой:

Go '. Рсо _о п₀

Используя эти обозначения, запишем⁴ формулы в таком виде:

Vt_c

Эти величины являются независимыми параметрами. При их изменении изменяются степень расширения б и кпд т]_т турбины.

Рнс. 86. Характеристика турбины

Рис. 87. Зависимость кпд турбины от х_а

В общем виде характеристиками турбины являются зависимо­сти степени расширения б и кпд т)_т 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.

Однако испытания турбины сложны.дороги и не всегда возмож­ны. Поэтому в ряде случаев для построения характеристики тур­бины используют приближенные расчетные методы. На рис. 86 сплошной линией показана зависимость, степени расширения б, пунктирной линией — зависимость кпд турбины от относительного приведенного расхода газа G_n- Серию таких кривых, совмещенных на одном графике, называют универсальной характеристикой тур­бины. Зависимости б от G_n построены при постоянной приведен­ной частоте вращения.

Относительный приведенный расход (7_П= 1 соответствует расчетному режиму работы турбины. При этом степень расширения также равна расчетному значению по, а кпд турбины — наиболь­ший. При увеличении или уменьшении расхода по сравнению с расчетным кпд турбины будет уменьшаться.

Обычно при постоянной степени расширения б изменение от­носительной приведенной частоты вращения мало влияет на от­носительный приведенный расход G_B. В этом случае можно серию кривых заменить одной кривой при й_п=«по (где гё^о — относи­тельная приведенная частота вращения на расчетном режиме ра­боты турбины). Зависимость G_n от б тогда можно приближенно рассчитать по формуле Стодола — Флюгеля:

~ 11 1 /а • / ■ "

Приближенно можно считать также, что кпд турбины совпа­дает с кпд ее средней ступени (по отношению к началу и концу проточной части). Кпд ступени зависит от значения х_а=и/с_а, где и — окружная скорость, а с_а — некоторая фиктивная скорость, которая зависит от теплоперепада на ступень Яо/г (где Но — рас­полагаемый теплоперепад на турбину, z— число ступеней в тур­бине).

Если зависимость кпд ступени от х_а получена эксперименталь­но, или рассчитана, то можно приближенно считать, что известйа также зависимость кпд турбины г)т от х_а. Обычно в этой зависи* мости используют также относительное значение х_а=Ха/х_ао (где значение х_а0 соответствует расчетному режиму).

Так же как для ступени, существует такое значение х_а, при котором кпд турбины становится наибольшим. Это значение х_а как раз и соответствует расчетному режиму. Относительное зна­чение х_а на расчетном режиме будет равно единице.(рис. 87). При любом отклонении режима работы турбины от расчетного как в сторону увеличения х_а, так и в сторону уменьшения кпд турбины будет уменьшаться.

Контрольные вопросы

1. В результате чего возникают усилия на рабочих лопатках газовой турбины?

2. Почему кпд многоступенчатой турбины больше кпд ступени?

3. Как определяют основные размеры проточной части газовых турбин?

4. Какие параметры газовых турбин можно определить по их характеристи­кам?