65

6.2.3. Biến đổi năng lợng của dòng hơi trong tầng tuốc bin

Để đơn giản cho việc khảo sát quá trình chảy của dòng hơi trong ống phun, ta
giả thiết rằng dòng chảy là ổn định và quá trình dãn nở xẩy ra trong điều kiện lý
tởng, nghĩa là quá trình đó là đoạn nhiệt thuận nghịch, không có tổn thất.

6.2.3.1. Biến đổi năng lợng của dòng hơi trong rãnh cánh ống phun

Trong rãnh ống phun, nhiệt năng của dòng hơi biến đổi thành động năng, nghĩa
là áp suất và nhiệt độ dòng hơi giảm, còn tốc độ dòng hơi tăng. Quá trình tăng tốc độ
liên quan trực tiếp đến quá trình dãn nở của dòng hơi trong rãnh ống phun.

Gọi p
0
là áp suất đầu vào, p
1
là áp suất đầu ra, C
0
và C
1l
là tốc độ dòng hơi vào
và ra khỏi ống phun.
Theo định luật nhiệt động I viết cho dòng hở, với quá trình dãn nở đoạn nhiệt
thuận nghịch, biến thiên động năng của dòng hơi bằng tổng công do lực đẩy bên
ngoài và công dãn nở sinh ra trong quá trình.
Biến thiên động năng của dòng hơi khi chảy qua dãy cánh là:

2

0
= p
0
v
0
. Tơng tự, tại tiết diện
1-1, ta có công của dãy cánh tác dụng lên dòng hơi là l
n1
= p
1
f
1
s
1
= p
1
v
1
. Vởy hiệu số
công do lực đẩy bên ngoài tác dụng lên dòng hơi là: p
0
v
0
- p
1
v
1
.
Vậy định luật nhiệt động I có thể viết cho dòng hơi là:


1
+ p
1
v
1
) = i
1

nên:

2
2
0
2
1
CC
l

= (i
0
- i
1l
) = h
0p
(6-6)
Vậy ta có biến thiên động năng của dòng hơi trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt
thuận nghịch bằng hiệu entanpi đầu và cuối quá trình.
Hiệu entanpi (i
0
- i

, nhiệt năng dòng hơi biến thành
động năng, tốc độ dòng tăng lên và đi ra khỏi ống phun với tốc độ tuyệt đối là C
1
tạo
với phơng chuyển động của dãy cánh (phơng u) một góc
1
, đi vào rãnh cánh
động. Tốc độ dòng ở đây có thể phân ra hai thành phần: tốc độ vòng u và tốc độ
tơng đối w. Khi tác dụng lên cánh động, dòng hơi đã trao một phần động năng cho
cánh động, làm cho cánh động và rôto quay với một tốc độ n [vg/s] tơng ứng với tốc
độ dài u [m/s]. Do cánh động quay vơi tốc độ u nên dòng hơi sẽ đi vào rãnh cánh
động với một tốc độ tơng đối w
1
, vectơ
1
w
hợp với phơng chuyển động u một góc

1
. Trên hình 6.7, vectơ
1
C
đợc phân tích thành hai thành phần: thành phần vân tốc
chuyển động theo
u và thành phần vận tốc tơng đối của dòng hơi đi vào rãnh cánh
động
1
w , từ đó ta cũng thấy đợc vectơ
1
wtạo với phơng chuyển động của dãy cánh

2
với vectơ chuyển động theo
u
,

67
ta đợc vectơ tốc độ tuyệt đối của dòng hơi đi ra khỏi dãy cánh động là
2
C
và tạo với
phơng chuyển động của dãy cánh một góc

2
. Tam giác tạo bởi ba vectơ: tốc độ ra
tơng đối
w
2
, tốc độ chuyển động theo
u
và tốc độ ra tuyệt đối
2
C
, đợc biểu diễn
trên hình 6.7. gọi là tam giác tốc độ ra.
Tơng tự nh với ống phun, khi bỏ qua tổn thất do ma sát ta có biến thiên động
năng của dòng hơi trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch bằng hiệu entanpi
đầu và cuối quá trình.:

odl21
2

* Tổn thất ma sát ở gốc và đỉnh cánh
Các cánh ống phun của tuốc bin đợc gắn trên các bánh tĩnh, bề mặt giới hạn
của bánh tĩnh đợc gọi là gốc cánh. Đối với các cánh có chiều dài lớn, để đảm bảo
cho cánh khỏi bị dao động, trên đỉnh cánh có đai giữ để nối liên kết các cánh với
nhau. Trên bề mặt giới hạn gốc cánh và đai cánh luôn tồn tại một lớp biên thủy lực và
do đó cũng gây ra tổn thất năng lợng tơng tự nh ở bề mặt cánh. Tổn thất đó đợc
gọi là tổn thất gốc và đỉnh cánh. Tổn thất gốc và đỉnh cánh đợc biểu diễn trên hình
6.8.
* Tổn thất do xoáy ở mép ra của cánh
Vì mép ra của cánh có chiều dày nhất định, do đó khi dòng hơi chảy qua sẽ
xuất hiện dòng xoáy ở mép ra và gây nên tốt thất năng lợng gọi là tổn thất xoáy ở
mép ra của cánh. Tổn thất do xoáy ở mép ra đợc biểu diễn trên hình 6.8. Vì có các
tổn thất nói trên nên hiệu suất dòng chảy qua cánh sẽ giảm xuống.

6.2.4.2. Tính toán tổn thất năng lợng khi dòng chảy ngang qua dãy cánh

*. Tổn thất năng lợng trên ống phun

Khi khảo sát chuyển động của dòng hơi trong ống phun, ta đã coi quá trình dãn
nở của hơi là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch. Nhng thực tế, khi chảy qua ống
phun, do có ma sát giữa hơi và vách ống phun nên hơi đã bị nóng lên, bởi vậy quá
trình dãn nở của hơi không phải là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch.
Quá trình ma sát giữa hơi với vách ống phun đã gây nên tổn thất năng lợng
làm giảm tốc độ của dòng, do đó tốc độ dòng hơi ra khỏi ống phun thực tế là C
1
nhỏ
hơn tốc độ lý thuyết C
1l
.


trong quá trình dãn nở thực đợc biểu
diễn bằng điểm 1, có entanpi i
1
(i
1
> i
1l
).
Kết qủa là nhiệt dáng thực tế của quá
trình dãn nở thực trong ống phun bằng
h
ip
= i
0
- i
1
sẽ nhỏ hơn nhiệt dáng lý
thuyết hop và tốc độ chảy thực tế củ
a
dòng cũng nhỏ hơn tốc độ lý thuyết. Tỷ
số giữa tốc độ thực tế và tốc độ lý thuyế
t
của dòng gọi là hệ số tốc độ, ký hiệu l
à

:
Hình 6.9. Quá trình thực
của hơi trên đồ th
ị
i-s

) = i
1
- i
1l
(6-11)
và nh vậy ta suy ra:

h
p
= i
1
- i
1l
=
2
2
1
2
1
CC
l

(6-12)
Từ (6-9) và (6-12) ta có:


h
p
=
2

C
)(1-

2
) (6-14)
suy ra:
2
C
h
h
2
0
op
p
+

= 1 -
2
=
p
(6-15)
Đại lợng

op
gọi là hệ số tổn thất năng lợng trong ống phun.
Đối với các ống phun của tuốc bin hiện đại thì trị số của hệ số vận tốc
trong
khoảng 0,95 - 0,98 và trị số của hệ số tổn thất

op

) (6-16)
Gọi

=
l2
2
w
w
là hệ số tốc độ
thì
h
đ
=
()
d
2
l2
2
l2
2
2
w
w1
2
1
= (6-17)