Потери в соплах паровых турбин

Потери энергий в сопловых каналах зависят от очень большого количества факторов: от формы профилей, от шага решетки, угла установки профиля, хорды профиля и высоты канала, скорости потока, состояния поверхности стенок канала и т.д.

Потери в соплах могут быть разделены на две основные группы:

1. Профильные потери

а). трения в пограничном слое,

б). вихревые потери при отрывах потока на профиле (если эти отрывы имеют место),

в). вихревые потери за выходной кромкой (кромочные потери),

г). потери в скачках уплотнения – волновые потери, возникающие при околокритических и сверхкритических скоростях.

2. Концевые потери, связанные с конечной высотой сопловых каналов и возникающие у торцевых стенок.

а). потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала (стенок, ограничивающих канал по высоте),

б). потери вследствие вторичных токов, имеющих место на верхней и нижней торцевых стенках канала.

Рассмотрим подробнее, от чего зависит каждая из упомянутых потерь.

Потери трения в пограничном слое

зависят в первую очередь от характера пограничного слоя – ламинарного или турбулентного, в котором скорость меняется от 0 до максимума, и где имеет место внутреннее трение.

 

Вихревые потери при отрывах потока на профиле

Данные потери в сопловых аппаратах возникают редко; определить их величину в этом случае можно только экспериментом для конкретных условий.

Вихревые потери за выходной кромкой

 

 

 

 

 

 

Это – затраты кинетической энергии на поддержание вихревого движения за выходной кромкой и на перемешивание вихревого следа с ядром потока.

Потери в скачках уплотнения

При дозвуковом течении в канале возможно образование местных зон сверхзвуковых скоростей, возникающих в районе наибольших скоростей на выпуклой стороне профиля. Эта местная зона затем размывается и переходит в дозвуковую зону. Такой переход, вызванный появлением скачка уплотнения, сопровождается потерей энергии.

Потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала

Они определяются в основном характером пограничного слоя и шероховатостью стенок.

Потери вследствие вторичных токов (от парного вихря)

Причины появления вторичных токов – поворот струи в канале и наличие разности давлений у его стенок. Давление потока в точке А больше, чем в точке В – Р_А > Р_В, поэтому в пограничном слое на торцевых стенках появляется течение от А к В.

В результате взаимодействия с основным потоком образуется парный вихрь – у торцевых стенок канала.

Абсолютная величина потерь, связанных с образованием парного вихря не зависит от высоты канала; поэтому относительное значение этих потерь возрастает с уменьшением высоты сопловых каналов.

В статье использованы материалы конспекта по курсу “Турбины ТЭС и АЭС”, составленного на основании лекций по этому предмету, читавшихся для студентов специальности 1005 “Тепловые электрические станции” факультета Механики и теплофизики Естественнонаучного института Дальневосточного Государственного технического университета.