Коэффициенты полезного действия турбины
Совершенство газовой турбины оценивается ее к. п. д. В зависимости от полноты учета потерь различают адиабатический, окружной, внутренний, механический и эффективный к. п. д.
Адиабатический к. п. д. представляет собой отношение работы турбины L с учетом потерь в сопловом аппарате и рабочем колесе, но без учета выходной потери, к располагаемой работе
(5.7) |
где - работа газа с учетом потерь в проточной части турбины; - располагаемая работа газа при адиабатном расширении; - располагаемый теплоперепад при адиабатном расширении газа; - действительный теплоперепад в проточной части турбины.
Адиабатический к. п. д. учитывает только гидравлические потери в проточной части турбины и характеризует степень ее совершенства, но не учитывает потерь с выходной скоростью. Адиабатический к. п. д. может быть выражен через отношение температур
(5.8) |
где - понижение температуры при действительном расширении газа в турбине от до р2 (Г*-1’-2’на рис. 4.5); - понижение температуры при адиабатном расширении газа (Г*-1-2 на рис. 4/5), т. е. без потерь.
Окружным к. п. д. турбины называется отношение работы на окружности рабочего колеса Lu к располагаемой работе
(5.9) |
где
.
Окружной к.п.д. учитывает все потери, за исключением механических, потерь на утечки, на вентиляцию и на трение диска в; газе,
Если вычесть из работы на окружности колеса Lu потери на утечки газа, вентиляцию и трение диска, получится так называемая внутренняя работа турбины
(5.10) |
где - потери на трение диска в газе и вентиляцию; - потери на утечки газа.
Внутренним к.п.д. называется отношение внутренней работы, к располагаемой
(5.11) |
где теплоперепад ,соответствующий внутренней работе
;
- потерн тепла на трение дискам газе и вентиляцию; - потери тепла на утечки газа.
Относительные потери составляют 4÷5% от располагаемого тепла. К потерям на утечки относятся не только рассмотренные утечки газа через радиальный зазор (см. рис. 5.2а), но и утечки через лабиринтное уплотнение, схема устройства которого показана на рис. 5.2б. Выступы 1 на корпусе и 2на валу турбины образуют ряд лабиринтных камер, при перетекании через которые давление снижается от до . Внутренний к.п.д. учитывает все потери, за исключением механических.
К числу механических потерь относится трение в подшипниках турбины. Если из внутренней работы вычесть работу механических потерь , получится эффективная работа на валу турбины
Механическим к.п.д. турбины называется отношение эффективной работы к внутренней работе
(5.12) |
Из (5.12) следует, что механический к.п.д. характеризует долю внутренней работа, которая полезно используется на валу турбины. Величина устанавливает ту часть внутренней работы, которая используется на преодоление трения в подшипниках турбины.
В наддувочных турбокомпрессорах учитывают суммарные механические потери всего агрегата, не относя их отдельно к турбине и к компрессору; .
Эффективным к.п.д. турбины называется отношение эффективной работы на валу турбины к располагаемой работе
(5.13) |
Эффективный к.п.д. учитывает все потери, имеющиеся в турбине, и является основным к.п.д., характеризующим степень совершенства газовой турбины. Эффективный к.п.д. современных наддувочных газовых турбин составляет 0.74÷0.80; меньшие значения
к.п.д. относятся к малогабаритным быстроходным турбинам (пТ до 40 000 об/мин).
Рис. 5.3
На рис. 5.3 показано относительное расположение коэффициентов полезного действия и соответствующих потерь, а также характер изменения эффективного к.п.д. в зависимости от отношения . Из рисунка следует, что максимальное значение достигается при вполне определенном отношении (в приведенном случае = 0,6). Отклонение от оптимальной величины приводит к уменьшению к.п.д. Потери в сопловом аппарате не зависят от ; на потери в рабочем колесе величина влияет весьма умеренно. Зато потери с выходной скоростью резко изменяются при отклонении от оптимального соотношения и определяют собой характер изменения окружного и эффективного к.п.д. Формула (3.9) не учитывает потерь на трение в подшипниках. С учетом всех потерь эффективная мощность турбины
(5.14) |
Работа адиабатного расширения газа в турбине от давления р до р2 может быть определена по формуле
. | (5.15) |
При использовании для расчетов диаграмм i—Sмощность турбины подсчитывается по формуле
. | (5.16) |
6.
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 4825;