Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

13
1 CAPITOLUL 5 PROCESE TERMICE ÎN TREAPTA DE TURBINĂ 5.1. Elementele treptei, transformări energetice, tipuri de trepte DEFINIREA TREPTEI Treapta reprezintă elementul constructiv şi funcţional de bază al unei turbine. Treapta de turbină este alcătuită dintr-un şir de ajutaje urmat de un şir de palete. Excepţie de la această definiţie face treapta Curtis, la care şirul de ajutaje este urmat de două până la patru şiruri de palete mobile, între care se găsesc şiruri de palete fixe. TRANSFORMĂRILE ENERGETICE IN TREAPTA Ajutajele sau aparatul director sunt canale fixe, în care fluidul de lucru se destinde mărindu-şi viteza. Din ajutaje fluidul iese cu o mişcare de rotaţie sau de vârtej cu care pătrunde în canalele dintre palete. Paletele sunt organe mobile, asupra cărora fluidul acţionează cu o forţă care produce momentul de rotaţie faţă de axa de rotorului. a. b. a. – Treapta obişnuită; b – Treapta Curtis cu două rânduri de palete mobile Treapta axială cu acţiune 1 – carcasa; 2 – ajutaj; 3 – diafragmă; 4 – labirinţii diafragmei; 5 – disc; 6 – paleta; 7– labirinţii periferici.

description

Turbine cu abur si gaz, Curs predat in cadrul UPB Bucuresti, foarte practic si util. Se face un studiu general al turbinelor si are particularitati in domeniul energetic romanesc. Turbinele cu gaz sunt tratate superficial in acest curs.

Transcript of Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

Page 1: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

1

CAPITOLUL 5

PROCESE TERMICE ÎN TREAPTA DE TURBINĂ 5.1. Elementele treptei, transformări energetice, tipuri de trepte DEFINIREA TREPTEI Treapta reprezintă elementul constructiv şi funcţional de bază al unei turbine. Treapta de turbină este alcătuită dintr-un şir de ajutaje urmat de un şir de palete.

Excepţie de la această definiţie face treapta Curtis, la care şirul de ajutaje este urmat de două până la patru şiruri de palete mobile, între care se găsesc şiruri de palete fixe.

TRANSFORMĂRILE ENERGETICE IN TREAPTA

Ajutajele sau aparatul director sunt canale fixe, în care fluidul de lucru se destinde mărindu-şi viteza. Din ajutaje fluidul iese cu o mişcare de rotaţie sau de vârtej cu care pătrunde în canalele dintre palete.

Paletele sunt organe mobile, asupra cărora fluidul acţionează cu o forţă care produce momentul de rotaţie faţă de axa de rotorului.

a. b.

a. – Treapta obişnuită; b – Treapta Curtis cu două rânduri de palete mobile

Treapta axială cu acţiune

1 – carcasa; 2 – ajutaj; 3 – diafragmă; 4 – labirinţii diafragmei; 5 – disc; 6 – paleta; 7– labirinţii periferici.

Page 2: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

2

CLASIFICAREA TREPTELOR Criterii: - direcţia de curgere - modul destinderii fluidului în treaptă ( modul de producere a forţei asupra paletei) După direcţia de curgere treptele, ca şi turbinele, pot fi:

– axiale; curgerea este paralelă cu axa de rotaţie; – radiale; curgerea este perpendiculară pe axa de rotaţie, centrifug sau centripet; – diagonale; curgerea este combinată, axială şi radială; – tangenţiale, curgerea este tangentă la rotor.

Treapta radial centripetă

1 – stator; 2 – rotor.

a. b. c. d.

Tipuri de trepte a – axială; b – radială; c – diagonală; d – tangenţială

Page 3: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

3

După modul destinderii fluidului în treaptă (modul în care destinderea se împarte între ajutaje şi palete: – cu acţiune - destinderea are loc numai în ajutaje; – cu reacţiune - destinderea se produce atât în ajutaje cât şi în palete.

patr HHH += [J/kg] (5.1)

Gradul de reacţiune al treptei se defineşte ca raportul:

tr

p

H

H=ρ (5.2)

În funcţie de gradul de reacţiune treptele de turbină se pot clasifica astfel: ρ = 0 treapta cu acţiune; ρ = (0 ÷ 0,15) trepte cu reacţiune redusă; ρ = (0,15 ÷ 0,50] trepte cu reacţiune ridicată; ρ = (0,50 ÷1) profil de aripă portantă, întâlnit la vârful paletelor lungi; (ρ = 1 treapta cu reacţiune pură, cu importanţă numai teoretică.) În mod curent, când se vorbeşte despre treapta de turbină cu reacţiune fără să se facă alte precizări se subînţelege treapta cu gradul de reacţiune ρ = 0,50 Convenţii de notaţii d – diametre; l – dimensiunile în lungul razei (lungimi sau înălţimi de ajutaje şi palete); B – dimensiunile în lungul axei (lăţimile şirurilor de ajutaje şi palete); δ – jocurile dintre piesele statorice şi rotorice. De regulă calculul se face în secţiunea de mijloc a treptei. În cazul mai multor secţiuni se utilizează indici inferiori sau/şi superiori, litere şi cifre . Indici: b – pentru secţiunea de la baza paletei, 0 – intrare în ajutaje (în treaptă), v – pentru secţiunea de la vârful acesteia, 1 – ieşire din ajutaje şi intrare în palete, 2 – ieşire din palete (din treaptă), a – pentru ajutaje, r - pentru jocul radial p – pentru palete. a - pentru jocul axial. Vitezele de curgere se notează astfel: c – viteza absolută, w – viteza relativă, u – viteza periferică. Unghiul dintre direcţiile vitezelor:

α - absolută şi periferică β - relativă şi periferică.

Page 4: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

4

Treapta axială de turbină (secţiune axială)

Page 5: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

5

5.2. Ajutaje

Definire Ajutajele sunt canale de curgere a căror secţiune variază continuu, după o lege corespunzătoare modului dorit de creştere a vitezei. Clasificare

După modul de variaţie a secţiunii ajutajele se împart în două categorii: – ajutaje convergente, a căror secţiune scade continuu, viteza în secţiunea minimă la

ieşire fiind mai mică sau cel mult egală cu viteza sunetului; – ajutaje convergent-divergente, a căror secţiune scade continuu până la valoare minimă

zona convergentă) după care creşte (zona divergentă); în secţiunea de ieşire viteza este supersonică. Ajutajele convergent-divergente sunt denumite şi ajutaje Laval.

5.2.1. Studiul energetic al ajutajelor Obiective - determinarea vitezei la ieşirea din ajutaj şi a pierderilor de energie în ajutaj. Pentru a determina viteza fluidului la ieşirea din ajutaj se aplică ecuaţia energiei între secţiunile de intrare şi ieşire din ajutaj în următoarele ipoteze:

– fluid ideal – transformarea adiabat-reversibilă (izentropică); – se neglijează variaţia energiei de poziţie (gdz ≈ 0); – lucrul mecanic produs este nul, ajutajele fiind piese statorice.

Ecuaţia energiei devine:

2

02c

ddh += [J/kg] (5.3)

Viteza teoretică a fluidului la ieşirea din ajutaj se obţine în cazul procesului teoretic al destinderii în ajutaj (izentropic) integrând ecuaţia energiei între secţiunile de intrare (0) şi ieşire (1t) din ajutaj:

( )

+−=

22

20

101c

hhc tt [m/s] (5.4)

sau:

( )01 2 HHc at += [m/s] (5.5)

în care: ta hhH 10 −= [J/kg] căderea teoretică de entalpie în ajutaj;

2

20

0c

H = [J/kg] energia cinetică a fluidului la intrarea în ajutaj

S0 S1

Scr

S1S0

a. b.

Tipuri de ajutaje a – convergent; b – convergent-divergent (Laval)

Page 6: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

6

Viteza reală a fluidului la ieşirea din ajutaj

( )01 2 HHc a += ϕ [m/s] (5.6)

unde: ϕ = coeficient de reducere a vitezei în ajutaj Entalpia frânată a fluidului şi parametrii frânaţi sau totali.

2

20

0*0

chh += [J/kg] (5.7)

Această transformare permite determinarea în diagrama h-s a punctului corespunzător parametrilor frânaţi, notat 0*, punct fictiv, corespunzător vitezei nule a fluidului la intrare în ajutaj. Pierderile de energie în ajutaj Cauze - frecările dintre fluid şi pereţii ajutajului, frecările din interiorul fluidului;

- câmpul neuniform de viteze, - turbioane datorate desprinderii fluidului de pereţii ajutajului, - perturbarea curgerii în zona muchiilor de intrare şi ieşire din ajutaj.

Pierderile de energie în ajutaj se determină ca diferenţă între energiile cinetice în cazul teoretic şi real:

( )( ) ( )002

21

21 1

22HHHH

ccH aaa

ta +=+−=−=∆ ζϕ [J/kg] (5.8)

unde: 21 ϕζ −=a este coeficientul pierderilor de energie în ajutaj.

Entalpia fluidului la ieşirea din ajutaj va fi: at Hhh ∆+= 11 [J/kg] (5.9)

Reprezentarea procesului destinderii în ajutaj în diagrama h-s

Page 7: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

7

5.2.2. Studiul gazodinamic al ajutajului Obiective - determinarea legilor de variaţie ale secţiunii şi vitezei;

- determinarea debitului de fluid care străbate ajutajul.

Se va considera destinderea izentropică a unui fluid ideal, după legea constvp k = . Se obţine relaţia Hugonot:

( )12 −= Mc

dc

S

dS (5.10)

unde: a = viteza sunetului ( kpva = )

Ma

c= cifra Mach

Deoarece în ajutaje se urmăreşte transformarea energiei potenţiale a fluidului în energie

cinetică, viteza creşte continuu şi diferenţiala acesteia va fi permanent pozitivă, 0⟩c

dc. În

consecinţă cifra Mach decide modul de variaţie a secţiunii şi constituie un criteriu de alegere a tipului de ajutaj. Pentru:

M < 1 – curgerea este subsonică, secţiunea scade (dS < 0) şi ajutajul este convergent; M > 1 – curgerea este supersonică, secţiunea creşte (dS > 0) şi ajutajul este convergent- divergent; M = 1 – este cazul limită al ajutajului convergent, când în secţiunea de ieşire se atinge viteza sunetului.

Mărimile corespunzătoare secţiunii minime sunt denumite mărimi critice. Raportul dintre presiunea critică şi presiunea frânată la intrare este denumit raport critic de presiuni şi constituie la rândul său un criteriu de alegere a tipului de ajutaj

*0p

pcrcr =ε . (5.11)

Legea de variaţia a vitezei în lungul ajutajului se poate obţine integrând ecuaţia energiei între secţiunea de intrare şi o secţiune oarecare x-x în lungul ajutajului:

( )xoxt hhc −= *2 [m/s]

înlocuind dtcdh p= şi Rk

kc p 1−

= , k

k

o

x

o

x

p

p

T

T

1

**

=

Variaţia parametrilor în lungul ajutajului convergent-divergent

Page 8: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

8

se obţine

−=

k

k

o

xoxt

p

pRT

k

kc

1

** 1

12 [m/s] (5.12)

Debitul de fluid care străbate ajutajul:

m

mma v

cSm µ=& [kg/s] (5.13)

−=

+

k

k

o

mk

o

m

o

omn p

p

p

p

k

k

v

pSm

1

*

2

**

* 12µ& [kg/s] (5.14)

Se notează:

−=

+

k

k

o

mk

o

m

p

p

p

p

k

k1

*

2

*

12ψ (5.15)

Din condiţia 0

*

=

o

m

p

p

ψ se obţine expresia raportului critic de presiuni:

1

* 1

2 −

+

==k

k

o

crcr kp

Raportul critic de presiuni constituie un criteriu de alegere a tipului de ajutaj, convergent dacă

crp

pε>

*0

1 sau convergent-divergent dacă crp

pε<

*0

1 .

Înlocuind rezultă: 1

1

1

2 −

+

+

= k

k

cr kkψ (5.16)

Viteza critică este numeric egală cu viteza sunetului la parametrii critici şi depinde de parametrii frânaţi şi de natura fluidului:

crcroocr vpkvpk

kc =

+= **

12 [m/s] (5.17)

Fig. 5.10. Influenţa raportului destinderii asupra

debitului la un ajutaj convergent (p0 = const.)

Page 9: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

9

Parametrii critici la destinderea izentropică

Fluid k ββββcr ψψψψcr

Aer 1.4 0.5283 0.685 Abur supraîncălzit 1.3 0.5457 0.667 Abur saturat uscat 1.135 0.5774 0.635

Pentru abur se recomandă o singură valoare pentru ψcr = 0,647

Debitul maxim care străbate ajutajul se obţine corespunzător secţiunii minime şi parametrilor critici:

cr

o

omncr

o

omn

RT

pS

v

pSm ψµψµ

*

*

*

*

max ==& [Kg/s] (5.18)

Relaţia arată că pentru a creşte debitul care străbate un ajutaj trebuie să mărim presiunea la intrare şi/sau secţiunea minimă. 5.2.3. Calculul ajutajelor Calculul termic urmăreşte determinarea parametrilor fluidului de lucru şi dimensionarea ajutajelor în secţiunile de intrare şi de ieşire. În acelaşi timp se aleg şi o serie de elemente geometrice care vor sta la baza profilării ajutajului sau alegerii sale din catalogul de profile.

Elementele geometrice ale ajutajelor La ambele tipuri de ajutaj micşorarea secţiunii de curgere în zona convergentă se realizează prin modificarea puternică a direcţiei de curgere, de la 900 la intrare spre unghiul geometric de la ieşire α10. Ajutajul convergent este prevăzută la ieşire cu o porţiune dreaptă necesară dirijării jetului, de lungime mai mică decât jumătate din valoarea lăţimii minime a canalului (denumită uzual col şi notată cu “O” sau “b”), dar nu mai mică de 5 mm. Ajutajul convergent divergent prezintă o secţiune minimă, de lăţime Om, de unde începe zona divergentă evazată cu unghiul γ. Lungimea porţiunii divergente trebuie să fie mai mare de 5 mm, iar unghiul de evazare mai mic de 50 pentru a nu favoriza desprinderea fluidului de pe pereţii canalului.

L

OOtg m

21 −

=γ (5.19)

Elementele geometrice ale ajutajelor

a – ajutaj convergent; b – ajutaj convergent divergent.

Page 10: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

10

Viteza absolută c1 la ieşirea din ajutaj are direcţia dată de unghiul α1 şi se descompune în două componente după direcţiile tangenţială şi axială:

– 111 cosαcc u = componenta tangenţială produce mişcarea paletelor;

– 111 sinαcc a = componenta axială produce curgerea fluidului în lungul turbinei.

Pentru ca efectul util să fie maxim trebuie adoptat un unghi α1 cât mai mic, dar nu mai mic de (80…100) pentru a asigura curgerea fluidului de lucru spre palete sau cu alte cuvinte pentru a nu “bloca” fluidul în ajutaje. Pentru treptele cu acţiune se recomandă α1 = (10,50 ÷ 140), pentru treptele cu reacţiune α1 = (160 ÷ 180), iar pentru ajutajele convergent divergente ale treptelor de reglare de tip Curtis α1 = (160 ÷ 200). Pe măsură ce fluidul se destinde în turbină volumul său specific şi debitul volumic cresc. Corespunzător trebuie să crească secţiunea de curgere, respectiv diametrul mediu şi lungimea paletelor. Pentru a limita creşterea exagerată a lungimii paletelor se măreşte componenta axială a vitezei absolute prin creşterea unghiului α1 la valori de (180 ÷ 300). Prin urmare unghiul α1 creşte progresiv în lungul turbinei de la intrare spre ieşire. Forma pereţilor de ajutaj şi grosimea acestora este determinată de condiţiile aerodinamice corespunzătoare variaţiei secţiunii de curgere şi de condiţiile de rezistenţă mecanică. Pentru a evita zona de stagnare din spatele muchiei de ieşire, cu formarea de turbioane care perturbă curgerea, muchia de ieşire se ascute. Grosimea muchiei de ieşire ia valori de s = (0,5 ÷ 1,5) mm, fiind impusă de condiţiile de rezistenţă mecanică, la coroziune şi la eroziune. Subţierea se face prin prelucrarea suprafeţei extradosului, astfel încât în zona triunghiulară de la ieşire peretele (AC) nu va mai fi paralel cu axa ajutajului. Grosime muchiei corespunzătoare unei paralele la axa ajutajului este denumită grosime fictivă, iar valoarea ei depinde de tehnologia de execuţie a ajutajelor: ajutaje turnate de precizie sau frezate sf = (0,5 ÷ 1,5) mm, ajutaje din profile laminate sf = (1,5 ÷ 3) mm, ajutaje turnate sf = (2 ÷5) mm, ajutaje din tablă matriţată sf = (2 ÷ 10) mm. Pasul ajutajelor (ta) se stabileşte prin încercări aerodinamice care urmăresc minimizarea pierderilor. Pasul optim este ( ) bta ⋅= 85,0....7,0 , unde b este coarda ajutajului. Obişnuit valorile

sunt în domeniul ta =(20 ÷ 200) mm, la limita inferioară pentru înaltă presiune, iar la cea superioară pentru joasă presiune. Lăţimea şirului de ajutaje (Ba) se obţine cunoscând coarda ajutajului şi unghiul de aşezare a acestuia în reţea: Ba = ba⋅sinαy (fig.5.6). Intr-o primă aproximaţie se pot adopta valori în domeniul Ba = (1 ÷ 1,5)⋅ta , mai mari la treptele de reglare şi la cele de înaltă presiune. Între pas, col şi unghiul geometric al ajutajului se poate scrie relaţia:

fa stO −= 101 sinα [m] (5.20)

O parte din secţiunea de ieşire din ajutaj este ocupată de pereţii acestora, prin grosimea lor. Ca urmare secţiunea liberă pentru curgere, care va fi utilizată în ecuaţia de debit în vederea dimensionării, este mai mică. Sunt utilizate două metode pentru a ţine seama de acest lucru: – se utilizează un coeficient de îngustare a secţiunii, notat (τa):

10

10

1

1

sin

sin

α

ατ

a

a

a

a

total

libera t

st

BBl

BCl

S

S −=

′⋅

⋅==

se obţine: 10sin

τa

a t

s−= (5.21)

– se utilizează unghiul efectiv la ieşirea din ajutaj, notat (α1ef). Acest unghi corespunde ipotezei neglijării grosimii muchiilor la ieşirea din ajutaj, considerând că fluidul umple tot spaţiul de după acesta, de arie S1 = π⋅d1⋅la1. Ca urmare:

Page 11: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

11

a

ef t

O11sin =α (5.22)

Evident unghiul efectiv va fi mai mic decât unghiul geometric al ajutajului (α10), diferenţa fiind mult atenuată la ajutajele moderne, a căror profilare aerodinamică a fost îmbunătăţită. Legătura dintre unghiul geometric şi cel efectiv se poate face pornind de la egalitatea:

faefa sttO −== 1011 sinsin αα [m] (5.23)

din care a

fef

t

s−= 101 sinsin αα (5.24)

Înălţimea ajutajelor la1 se obţine din calculul de dimensionare, aplicând ecuaţia de debit în secţiunea de ieşire din ajutaj. Valoarea înălţimii ajutajelor nu trebuie să scadă sub (8…12) mm pentru a preveni creşterea exagerată a pierderilor de energie. Admisia parţială La turbinele cu abur de mică putere şi parametrii aburului viu ridicaţi volumul specific al aburului la ieşirea din ajutajele primei trepte şi în consecinţă debitul volumic sunt foarte mici. În aceste condiţii secţiunea de ieşire din ajutaje este mică şi conduce la ajutaje cu înălţimi inadmisibil de mici. Pentru a evita acest lucru coroana de ajutaje se reduce la un arc de cerc (α în fig. 5.16.a), soluţia fiind denumită admisie parţială (fig. 5.16.b). Gradul de admisie, notat ε, se defineşte ca raport între lungimea arcului ocupat de ajutaje şi lungimea întregului cerc.

1d

tz aa

πε = (5.25)

Admisia parţială introduce o asimetrie în curgerea aburului, care se reflectă în starea de solicitări din paletele primei trepte. Pentru a evita propagarea acestei asimetrii şi la celelalte trepte, după prima treaptă (denumită în acest caz treaptă de reglare) se creează un spaţiu mai larg (cameră de reglare) în care debitul şi parametrii aburului se uniformizează pe circumferinţă. Studii recente efectuate asupra turbinelor cu abur arată că în ciuda prezenţei camerei de reglare asimetria produsă de admisia parţială se propagă totuşi în lungul turbinei la un număr important de trepte. Gradul optim de admisie se stabileşte prin

minimizarea pierderilor pe care le influenţează. Aceeaşi soluţie constructivă, cu treaptă de reglare, se impune şi dacă admisia este totală (ε = 1) dar reglarea sarcinii se face prin admisie. La turbinele cu gaze admisia este întotdeauna totală. Numărul de ajutaje se stabileşte cunoscând pasul acestora şi gradul de admisie. Numărul de ajutaje se rotunjeşte la o valoare întreagă, după care se recalculează pasul.

a

a t

dz

επ 1= (5.26)

a. b.

Fig. 5.17. Admisia parţială la turbinele cu abur

a – principiul admisiei parţiale; b – soluţie constructivă cu admisie parţială

Page 12: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

12

Înălţimea ajutajului la intrare (la0) se stabileşte în funcţie de lungimea paletei precedente, fiind uşor mai mare decât aceasta. Se verifică unghiul de evazare al ajutajului, care trebuie să fie γa ≤ 120, sau se impune unghiul de evazare şi se determină la0. Relaţia care leagă aceste mărimi este:

a

aaa B

lltg 01 −

=γ (5.27)

Dacă înaintea treptei există o priză corelaţia cu lungimea paletei precedente îşi pierde semnificaţia, datorită variaţiei discrete a debitului. Etapele calculului ajutajelor Datele cunoscute pentru calculul termic al ajutajelor sunt: parametrii fluidului a intrare p0 şi t0, viteza la intrare c0, căderea teoretică de entalpie Ha, diametrul mediu d1. În cazul turbinelor cu abur se utilizează diagrama h-s, iar în cazul turbinelor cu gaze se utilizează ecuaţia transformării izentropice. În ambele cazuri parametrii reali la ieşirea din ajutaj se determină prin intermediul pierderilor. Pentru turbinele cu gaze relaţiile de calcul sunt indicate în capitolul 8. Etapele de calcul sunt indicate mai jos Calculul secţiunii de ieşire din ajutaj

– se stabilesc parametrii frânaţi la intrarea în ajutaj, p0* ,t0

*, v0*, calculând căderea de entalpie

frânată H0 şi entalpia frânată h0* ;

– se determină presiunea la ieşirea din ajutaj, p1 , urmărind transformarea izentropică; – se alege tipul de ajutaj comparând raportul destinderii cu raportul critic; în cazul ajutajului

convergent urmează a se calcula secţiunea de ieşire, iar în cazul ajutajului convergent-divergent atât secţiunea de ieşire cât şi secţiunea minimă;

– se calculează viteza teoretică la ieşirea din ajutaj, c1t ; – se stabileşte coeficientul de reducere a vitezei în ajutaj, ϕ ; stabilirea acestui coeficient

presupune cunoaşterea unor mărimi care urmează a se determina, cel mai adesea înălţimea ajutajelor la ieşire la1. În această situaţie se propune mărimea necunoscută şi se procedează la un calcul iterativ, impunând o eroare relativă pentru mărimea ϕ de circa 0,5% ;

– se calculează viteza reală la ieşirea din ajutaj, c1 ; – se calculează pierderile de energie în ajutaj (∆Ha) şi se găseşte entalpia reală a fluidului la

ieşirea din ajutaj. În punctul real de ieşire se determină volumul specific; – se determină secţiunea de ieşire din ajutaj, S1, aplicând ecuaţia de debit; – se propune unghiul efectiv de ieşire din ajutaj, α1ef ; – se calculează înălţimea ajutajelor la ieşire. Pentru a obţine direct înălţimea ajutajelor la

ieşire ecuaţia de debit se scrie sub forma:

( ) efaa cldvmmm 11111 sinαεπµ=∆± &&& [kg/s] (5.28)

În aceste relaţii: - m&∆ este pierderea de abur prin neetanşeităţi, respectiv:

- pentru ajutajele treptei de reglare se consideră ( m&∆+ ), pierderea prin etanşările terminale de la intrare;

- pentru treptele obişnuite ale turbinei se consideră ( m&∆− ), scăpările prin etanşările intermediare ale diafragmei sau peste vârful paletelor statorice;

- µa coeficient care exprimă influenţa stratului limită asupra curgerii, evaluat cu relaţia:

( )2512

7

ϕϕµ

−=a (5.29)

Page 13: Turbine cu abur Cap 5-2013- curs 5+6 ,

13

Obs.: dacă se lucrează cu coeficientul de îngustare a secţiunii τa ecuaţia de debit devine:

( ) 11111 sinατεπµ cldvmmm aaa=∆± &&& [kg/s] (5.30)

Dacă admisia este totală (ε = 1) se obţine direct la1, dacă admisia este parţială se determină produsul (ε⋅la1) şi pe baza lui se determină gradul optim de admisie (subiect tratat la capitolul referitor la pierderile turbinei). Apoi se verifică eroarea relativă impusă pentru mărimea ϕ.

– se propun elementele geometrice ale ajutajului: pasul (ta), grosimea fictivă a muchiei la ieşire (sf), lăţimea şirului de ajutaje (Ba);

– se calculează numărul de ajutaje cu relaţia (5.26), se întregeşte şi se recalculează pasul; – se calculează celelalte caracteristici geometrice ale secţiunii de ieşire, respectiv unghiul

geometric (α10) cu relaţia (5.24) şi colul (O1) cu relaţia (5.23); Calculul secţiunii de ieşire cu abaterea jetului În acest caz, la ajutajul convergent în secţiune de ieşire se stabilesc parametrii critici, iar la cel convergent divergent parametrii de calcul. Faţă de situaţia fără abaterea jetului prezentat mai sus apar următoarele diferenţe:

– secţiunea de ieşire se calculează cu relaţia (5.18):

*

*1

o

ocrn

v

p

mS

ψµ

&= [m] (5.31)

– se stabilesc parametrii critici; – se calculează abaterea jetului de fluid la ieşirea din ajutaj.

Calculul secţiunii minime a ajutajului convergent-divergent

– se calculează secţiunea minimă cu relaţia:

*

*

o

ocrn

m

v

p

mS

ψµ

&= [m] (5.32)

– se calculează colul minim, în ipoteza înălţimii constante a ajutajului, 1am ll = :

ma

mm lz

SO = [m] (5.33)

– se propune unghiul de evazare al porţiunii divergente γ ≤ 50 şi se calculează lungimea aceste porţiuni (L). Condiţia L ≥ 5 mm se îndeplineşte prin micşorarea unghiului de evazare.