Потери от влажности пара. В турбинах с выпуском отработав­шего пара в конденсатор последние ступени ТНД работают в об­ласти влажного пара, в результате чего возникают потери, вызы­ваемые действием содержащихся в паре частиц воды. Если пар, вытекающий из сопел со скоростью с₁ (рис. 78), входит в лопаточ­ный канал без удара со скоростью w₁ то частицы воды, движу­щиеся со значительно меньшей скоростью с₁’, войдут в каналы рабочих лопаток с относительной скоростью w₁’ и большим уда­ром в спинку лопатки.

Этот удар вызывает эрозию лопаток у входных кромок и препятствует правильному течению потока пара, создавая сопротивление течению, уменьшающее окружной к. п. д. ступени. Ориентировочно можно считать, что каждые 1,5% содержания влаги в паре снижают окружной к. п. д. на 1%.

Потери от влажности можно определить по уравнению

q_х = (1 — х) h_i кдж/кг, (39)

где h_i — использованный на ступени перепад тепла с учетом всех внутренних потерь, кроме потери от влажности; х — средняя сте­пень сухости пара в ступени: х = x₁ + x₂ / 2.

Потери на трение и вентиляцию. При вращении в среде пара части ротора увлекают прилежащие к ним частицы пара и сооб­щают им ускорение. Так как скорость этих частиц пара меньше скорости вращающихся частей ротора, то в результате этого между частицами пара и ротором возникает трение. На преодоле­ние трения и сообщение ускорения частицам пара затрачивается некоторое количество механической энергии, которая превраща­ется в тепло, благодаря чему повышается энтальпия. Это и обус­ловливает потерн на трение.

На роторе турбины могут быть неработающие, но вращаю­щиеся рабочие лопатки, которые захватывают пар и перегоняют его с одной стороны диска на другую. Такие лопатки действуют как вентилятор, на что затрачивается часть механической энергии. Этим и обусловлены потери на вентиляцию.

Величина потерь на трение зависит от диаметра диска, плот­ности пара, в среде которого он вращается, и от частоты враще­ния. Вентиляционные потери зависят главным образом от степени парциальности. Обычно потери на трение и вентиляцию подсчи­тывают совместно по эмпирической формуле Стодола:

где ? — коэффициент, принимается для газа, воздуха и сильно перегретого пара равным 1,0, для слабоперегретого пара 1,1 — 1,2 и для насыщенного пара 1,3; d — средний диаметр диска, м; ? — степень парциальности; l_л — высота лопатки, см; и — окруж­ная скорость по среднему диаметру, м/сек; ? — плотность пара, кг/м³.

Для многовенечной ступени потери на трение и вентиляцию определяются по формуле Стодола с учетом поправки Бауэра:

где l_ср — средняя высота рабочих лопаток, см.

Потери на трение и вентиляцию в тепловых единицах, отне­сенные к 1 кг текущего через ступень пара,

Потери от частичного впуска пара. Активные ступени совре­менных судовых турбин часто выполняют с парциальным впуском пара, у которых активная сопловая дуга занимает ??d окружно­сти соплового кольца. Межлопаточные каналы на участке (1 — ?)?d заполнены застойным паром и при подходе их к ак­тивной сопловой дуге содержимое канала должно получить не­обходимый импульс (толчок) для того, чтобы выйти из канала и уступить место струе пара, вытекающего из сопла. Этот импульс может быть получен только за счет некоторой потери кинетиче­ской энергии потока пара при соответствующем снижении отно­сительной скорости входа пара в рабочий канал. Такая потеря кинетической энергии носит название потери на выталкивание или от частичного впуска пара.

Коэффициент потери от частичного впуска пара определяется по эмпирической формуле

где b — ширина рабочих лопаток ступени, см; l_л — высота рабо­чих лопаток ступени, см; F₁— площадь выходного поперечного сечения сопел, см²; u / c₁ - отношение скоростей; z — число групп действующих сопел.

В тепловых единицах потеря от частичного впуска выража­ется формулой

q_вк = ?_вкL_u (43)

Для уменьшения потерь на выколачивание целесообразно сег­мент сопел размещать последовательно один за другим, не разбрасывая их по окружности; в этом случае z = 1. При полном подводе пара (? = 1) потери q_вк = 0.

Потери от утечек пара в уплотнениях диафрагм. В уплотне­ниях диафрагм из-за разности давлений происходит утечка части пара, не проходящего через сопла и, следовательно, не выполня­ющего полезной работы на данной ступени. В результате энталь­пия пара на выходе из ступени повышается, чем и обусловлены потери от утечек.

При определении количества пара, протекающего через уплот­нение диафрагм, имеющее z лабиринтов, необходимо в первую очередь выяснить, превышает ли скорость выхода пара из послед­него лабиринта критическую. Для этого надо знать критическое давление пара в последнем лабиринте:

где р₁ — давление перед уплотнением, Мн/м².

Если р_zкр меньше, чем давление после уплотнения р₂, то коли­чество протекающего через уплотнение пара определяется по фор­муле

Если р_zкр >р₂, то в последнем лабиринте имеет место крити­ческая скорость и расход пара через уплотнение

В этих формулах: f — площадь зазора уплотнения, м²; ?₁ — удель­ный объем пара перед уплотнением, м³/кг; i₁ и i₂ — энтальпия пара перед и за уплотнением, кдж\кг.

Потери от утечек пара через радиальные зазоры лопаток. В реактивных турбинах имеет место разность давлений по обеим сторонам направляющих и рабочих лопаток, вследствие чего про­исходит утечка пара через радиальные зазоры. Вытекающий из зазоров пар встречает на своем пути выступающие корни после­дующего венца лопаток, и поэтому его кинетическая энергия не используется, а в результате удара об эти корни преобразуется в тепло. Это явление приводит к увеличению энтальпии пара, по­ступающего в следующие лопатки.

Потери от утечки через радиальные зазоры можно определить по коэффициенту потери

где ?_r — радиальный зазор, мм: определяется из таблиц или спе­циальных графиков; l_л — высота лопатки, мм.

В тепловых единицах потери

Внутренний к. п. д. активной ступени. Не повторяя порядок построения процесса расширения пара в активной ступени на s — i-диаграмме (см. рис. 74, а), откладывают от точки С₁ вверх сумму внутренних потерь:

В результате получают на пересечении с изобарой р₁ точку D₁ (рис. 79), которая определяет состояние пара на выходе из ступени с учетом внутренних потерь.

Разность энтальпий пара в начале (точка А₀) и конце ступени (точка D₁) называется внутренним или использованным теплоперепадом в ступени и обозначается буквой h_i: h_i = i₀ – i_D1.

Отношение внутреннего теплоперепада в ступени к распола­гаемому (адиабатному) называется внутренним к. п. д. и обозна­чается

Из этого выражения следует, что как и окружной к. п. д., внутренний к. п. д. есть функция отношения скоростей и/с₁ и для выбора наивыгоднейшего отношения основным критерием яв­ляется максимальное значение ?_imax, представленное на рис. 80.

Потери q_x, q_вк и q_ут не зависят от отношения и/с₁ и при расче­тах ступени являются постоянными. Поэтому при построении зависимости