33 Потери энергии и КПД турбины

33 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 0. Они представляют собой потерю энергии пара на трение, вихри,

удар и пр. Потерянная энергия превращается в теплоту, повышая конечную энтальпию пара. К внешним потерям турбины относятся потери от утечки пара через концевые уплотнения и механические потери. К внутренним потерям, помимо рассмотренных ранее потерь (в со-

пловой решетке hc, в каналах рабочих лопаток h л и с выходной скоростью h в), относятся: потери на трение и вентиляцию h т. в, на утечку пара через внутренние зазоры hут, от влажности hвл и др.

Потери на трение и вентиляцию. Потеря на трение диска о пар вызвана тем, что вращающийся диск увлекает за собой окружающие его частицы пара. На преодоление трения и сообщение частицам пара ускорения затрачивается некоторая энергия. Потеря на вентиляцию возникает в первых ступенях активных турбин, имеющих парциальный подвод пара, когда рабочие лопатки, про-

ходя промежутки между соплами, действуют как вентилятор, подсасы вая 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. 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 Глава 8. Паровые турбины ТЭС • 255

через h ут, то на такую величину увеличится энтальпия пара за рабочими лопатками этой ступени. Особенно большое значение h ут имеют турбины высокого давления. Потеря от влажности пара h вл 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 1 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.

Эффективность энергетических преобразований в ПТУ характеризует система КПД. Рассмотрим эти энергетические преобразования, начиная от получения теплоты рабочим телом и кончая получением конечного продукта в виде электрической энергии (рис. 7.10). КПД парового котла в данном случае не учитывается.

Рабочее тело ПТУ, получив теплоту в паровом котле Q₁, теоретически может ее преобразовать в паровой турбине в мощность W_Т – теоретическую мощность турбины. Необратимость адиабатного расширения пара в турбине (внутреннее трение) снизит эту мощность до значения W_Тi – внутренней мощности турбины. Эта мощность передается на вал турбины, вращающийся в подшипниках. Механическое трение в подшипниках снизит эту мощность до значения W_е – эффективной мощности турбины. Эта мощность передается электрическому генератору, в котором электромагнитные необратимости снизят ее значение до величины W_Э – электрической мощности генератора.

Каждый этап этих энергетических преобразований характеризуется своим КПД:

– термический КПД, он характеризует степень совершенства цикла ПТУ и потери в конденсаторе турбины Q₂ (его значение 0,4-0,45);

– внутренний относительный КПД турбины, он характеризует степень совершенства проточной части турбины и потери мощности (технической работы) в необратимом адиабатном процессе турбины (его значение 0,8-0,9);

– механический КПД турбины, он характеризует потери мощности (технической работы) за счет механического трения в подшипниках вала турбины (его значение 0,95-0,98);

– электрический КПД генератора, он характеризует степень совершенства электрического генератора и потери мощности (технической работы) за счет электромагнитных необратимостей в обмотках статора и ротора генератора (его значение 0,98-0,99).

Результирующий КПД ПТУ это электрический КПД, он может быть представлен выражением:

(7.23)

Из выражения 7.23 видно, что на экономичность ПТУ основное влияние оказывает термический КПД, т.к. остальные КПД имеют практически максимальные значения и их существенно увеличить нельзя.

Выработку электрической мощности в ПТУ кроме КПД характеризуют и соответствующие удельные расходы пара и теплоты.

Удельный расход пара на выработанный кВт^.ч электрической работы ПТУ определяется как:

(7.24)

Удельный расход теплоты на выработанный кВт^.ч электрической работы ПТУ определяется выражением:

(7.25)

Электрическая мощность ПТУ W_Э и расход пара на турбину D определяются соотношением

Дата добавления: 2015-08-29