Располагаемая энергия турбинной ступени

Под располагаемой энергией турбинной ступени понимается та часть тепловой или эквивалентной ей кинетической энергии рабочей среды массой 1 кг, которая в идеальной турбинной ступени с изоэнтропийным процессом расширения может быть преобразована в механическую работу.

Полная энергия потока перед ступенью и за ней выражается формулами

, ,

где соответственно энтальпия и скорость потока за рабочими лопатками при изоэнтропийном расширении в ступени.

Согласно уравнению энергии разность полных энергий в начале и конце расширения равна сумме количества теплоты, подводимой или отводимой в процессе, и работы совершаемой самой рабочей средой или внешними силами над рабочей средой.

В идеальной осевой турбинной ступени теплота не подводится и работы внешних сил нет, поэтому

,

где Lo - работа, совершаемая рабочей средой массой 1 кг в идеальной турбинной ступени.

Эта работа называется располагаемой энергией (или теоретической работой) турбинной ступени. Иногда Lo называется располагаемым перепадом энтальпий. Учитывая, что можно записать

. (12.1)

Для того чтобы найти располагаемую энергию, необходимо знать теоретическую скорость C_2t на выходе из рабочих лопаток. Определение скорости не представляет большой трудности, но требует специальных вычислений. На практике теоретическую скорость C_2t заменяют близкой к ней по значению действительной скоростью выхода потока из рабочих лопаток С₂, в этом случае

. (12.2)

В теории турбин принято различать ступени, работающие с использованием выходной энергии в следующей по потоку ступени, и ступени, работающие без использования выходной энергии.

Если турбинная ступень работает с использованием выходной энергии, то предполагается, что часть кинетической энергии потока, равная , передается нижерасположенной ступени. Поэтому располагаемая энергия ступени, работающей с использованием выходной энергии, определяется по формуле

, (12.3)

где - коэффициент использования выходной энергии в ступени. При полном использовании выходной энергии ( = 1) располагаемая энергия ступени будет определяться по формуле

. (12.4)

С частичным или полным использованием выходной энергии работают промежуточные ступени многоступенчатых турбин со ступенями давлений.

В турбинной ступени, работающей без использования выходной энергии, передача кинетической энергии в последующую ступень не предусматривается ( = 0), поэтому располагаемая энергия определяется по выражению

. (12.5)

Без использования выходной энергии работают последние ступени многоступенчатых турбин и одноступенчатые турбины.