Войти
Составление паровые турбины - это стратегии, в которых энергия пара извлекается на нескольких ступенях, а не на одной ступени в турбине. Составная паровая турбина имеет несколько ступеней, т. Е. Имеет более одного набора из сопел и роторов, последовательно соединенных шпонками на валу или прикрепленных к корпусу, так что давление пара или скорость струи поглощается турбиной в несколько ступеней.
Компаундирование паровой турбины используется для снижения скорости ротора. Это процесс, при котором скорость ротора достигает желаемого значения. Множественная система роторов соединена последовательно с общим валом, и давление или скорость пара поэтапно поглощаются по мере его прохождения через лопасти. Пар, производимый в котле, имеет достаточно высокую энтальпию при перегретом. Во всех турбинах скорость лопатки прямо пропорциональна скорости пара, проходящего над лопаткой. Теперь, если вся энергия пара отбирается за одну стадию, то есть если пар расширяется от давления котла до давления конденсатора за одну стадию, то его скорость будет очень высокой. Следовательно, скорость ротора (на котором зафиксированы лопасти) может достигать примерно 30 000 об / мин, что слишком велико для практического использования из-за очень высокой вибрации. Более того, на таких высоких скоростях центробежные силы огромны, что может повредить конструкцию. Следовательно, требуется компаундирование. Пар с высокой скоростью просто ударяет по единственному кольцу ротора, что вызывает потери пара в диапазоне от 10% до 12%. Для преодоления потерь пара используется рецептура паровой турбины.
В импульсной паровой турбине смешение может быть достигнуто следующими тремя способами: -
В реакционной турбине смешение может достигается только за счет компаундирования под давлением.
Рис. 1: Схематическая диаграмма ступенчатой импульсной турбины Кертиса Импульсная турбина с составлением скорости была впервые предложена Кертисом для решения проблемы использования одноступенчатой импульсной турбины пара высокого давления и температуры.
Кольца подвижных ножей разделены кольцами неподвижных ножей. Подвижные лопасти прикреплены к валу турбины, а неподвижные лопатки прикреплены к корпусу. Пар высокого давления, выходящий из котла, сначала расширяется в сопле. Сопло преобразует энергию давления пара в кинетическую энергию. Общее падение энтальпии и, следовательно, падение давления происходит в сопле. Следовательно, после этого давление остается постоянным.
Этот высокоскоростной пар направляется на первую группу (кольцо) движущихся лопастей. Когда пар проходит над лопастями, из-за формы лопастей он передает лопастям часть своего импульса и теряет некоторую скорость. Эти лезвия поглощают только часть высокой кинетической энергии. Остаток направляется на следующее кольцо неподвижного лезвия. Функция неподвижных лопастей заключается в перенаправлении пара, выходящего из первого кольца движущихся лопастей, во второе кольцо движущихся лопастей. При прохождении пара через неподвижные лопасти скорость пара не меняется. Затем пар попадает в следующее кольцо движущихся лопастей; этот процесс повторяется до тех пор, пока практически вся энергия пара не будет поглощена.
Принципиальная схема импульсной турбины ступени Кертиса с двумя кольцами подвижных лопаток и одним кольцом неподвижных лопаток показана на рис. 1 . На рисунке также показаны изменения давления и абсолютной скорости пара при его прохождении через ступени.
где,
На рисунке выше изображены два кольца подвижных лопастей, разделенных одним кольцом неподвижных лопастей. Как обсуждалось ранее, весь перепад давления происходит в сопле, и нет никаких последующих потерь давления ни на одной из следующих стадий. Падение скорости происходит в движущихся лопастях, а не в неподвижных.
Как показано на приведенной выше диаграмме, есть два кольца движущихся лезвий, разделенных кольцом неподвижных лезвий. Диаграмма скоростей на рис. 2 показывает различные составляющие скорости пара и скорости движущихся лопастей.
где,
Из рисунка выше видно, что пар после выхода из движущихся лопастей попадает в неподвижные лопасти. Фиксированные лезвия перенаправляют пар на следующий набор движущихся лезвий. Следовательно, пар теряет свою скорость в несколько стадий, а не в одну стадию.
Это скорость лопастей, при которой может быть достигнута максимальная выходная мощность. Следовательно, оптимальная скорость лопасти для этого случая:
где n - количество ступеней.
Это значение оптимальной скорости в 1 / n раз больше, чем у одноступенчатой турбины. Это означает, что максимальная мощность может быть получена при гораздо более низких скоростях вращения лопастей.
Однако работа, производимая на каждом этапе, неодинакова. Соотношение работы, производимой в двухступенчатой турбине, составляет 3: 1 при переходе от более высокого давления к более низкому. Это соотношение составляет 5: 3: 1 в трехступенчатой турбине и изменяется на 7: 5: 3: 1 в четырехступенчатой турбине.
Рис. 3: Схематическая диаграмма импульсной турбины с компаундом под давлением Импульсная турбина с компаундом под давлением также называется турбиной Рато, по имени его изобретателя. Это используется для решения проблемы высокой скорости лопастей в одноступенчатой импульсной турбине.
Состоит из чередующихся колец сопел и лопаток турбины. Форсунки прикреплены к корпусу, а лопасти прикреплены к валу турбины.
В этом типе компаундирования пар расширяется в несколько ступеней, вместо одной (сопла) при компаундировании по скорости. Это делается с помощью неподвижных лопастей, которые действуют как насадки. Пар равномерно расширяется во всех рядах неподвижных лопастей. Пар, выходящий из котла, подается на первый набор неподвижных лопаток, то есть на сопловое кольцо. Пар частично расширяется в сопловом кольце. Следовательно, происходит частичное снижение давления входящего пара. Это приводит к увеличению скорости пара. Следовательно, давление в сопле уменьшается, а скорость частично увеличивается.
Затем он проходит через набор движущихся ножей. Когда пар проходит над движущимися лопастями, почти вся его скорость поглощается. Однако во время этого процесса давление остается постоянным. После этого он попадает в сопловое кольцо и снова частично расширяется. Затем он подается в следующий набор движущихся лопастей, и этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто давление в конденсаторе.
Этот процесс проиллюстрирован на рис. 3 .
, где символы имеют такое же значение, как указано выше.
Трехступенчатая импульсная турбина с компаундированным давлением. Каждая ступень состоит из одного кольца неподвижных лопастей, которые действуют как сопла, и одного кольца подвижных лопастей. Как показано на рисунке, в форсунках возникает перепад давления, который распределяется по многим ступеням.
Здесь важно отметить, что скорости пара на входе каждой ступени движущихся лопастей по существу равны. Это потому, что скорость соответствует понижению давления. Поскольку в паровой турбине с компаундом давления только часть пара расширяется в каждом сопле, скорость пара ниже, чем в предыдущем случае. Математически это можно объяснить следующей формулой, т.е.
где,
Из формулы видно, что только часть энтальпии преобразуется в скорость в неподвижных лопастях. Следовательно, скорость намного меньше по сравнению с предыдущим случаем.
Рис-4: Диаграмма скоростей импульсной турбины с подачей давления Диаграмма скоростей, показанная на рис. 4, дает подробную информацию о различных компонентах скорости пара и лопасти скорость.
где символы имеют то же значение, что и выше.
Из приведенной выше диаграммы скоростей важно отметить, что угол выхода жидкости (δ) равен 90⁰. Это указывает на то, что скорость вихря жидкости на выходе из всех ступеней равна нулю, что соответствует концепции оптимальной скорости (как обсуждалось ранее).
Соотношение работы, производимой на разных этапах, аналогично тому, как описано для вышеуказанного типа.
Рис. 5: Схематическая диаграмма импульсной турбины с компаундированием по давлению и скорости Это комбинация двух вышеуказанных типов компаундирования. Общее падение давления пара разделено на несколько ступеней. Каждая ступень состоит из колец неподвижных и подвижных лопастей. Каждый набор колец движущихся лопастей разделен одним кольцом неподвижных лопастей. На каждом этапе имеется одно кольцо неподвижных лопастей и 3-4 кольца подвижных лопастей. Каждая ступень действует как импульсная турбина с увеличенной скоростью.
Неподвижные лезвия действуют как сопла. Пар, выходящий из котла, проходит к первому кольцу неподвижных лопастей, где частично расширяется. Частично давление падает, соответственно увеличивается скорость. Скорость поглощается следующими кольцами движущихся лопастей, пока не достигнет следующего кольца неподвижных лопастей, и весь процесс повторяется еще раз.
Этот процесс схематично показан на рис. 5 .
, где символы имеют свое обычное значение.
Рис. 6: Схематическая диаграмма реакционной турбины с компаундом под давлением Как объяснялось ранее, реакционная турбина - это турбина, в которой наблюдается потеря давления и скорости в движущихся лопастях. Подвижные лопасти имеют сужающееся паровое сопло. Следовательно, когда пар проходит над неподвижными лопастями, он расширяется с уменьшением давления пара и увеличением кинетической энергии.
Турбина этого типа имеет несколько колец подвижных лопаток, прикрепленных к ротору, и такое же количество неподвижных лопастей, прикрепленных к корпусу. В турбине этого типа падение давления происходит в несколько этапов.
Пар проходит по ряду чередующихся неподвижных и движущихся лопастей. Неподвижные лопасти действуют как сопла, т. Е. Меняют направление пара, а также расширяют его. Затем пар проходит по движущимся лопастям, которые дополнительно расширяют пар и поглощают его скорость.
Это поясняется на рис. 6 .
, где символы имеют то же значение, что и выше.
Рис. 7: Диаграмма скоростей реакционной турбины с составом давления Диаграмма скоростей, приведенная на рис. 7, дает подробную информацию о различных компонентах скорости пара и лопасти скорость (символы имеют то же значение, что и выше).
