Коротко: при внезапном росте температуры пара на входе турбины на 10% (принимаю, что это относительный рост по абсолютной шкале Кельвина) ожидается умеренный рост термического КПД и выходной мощности, но значительное увеличение термических и механических нагрузок, ускорение старения материалов и существенный рост риска отказа при превышении допустимых температур. Подробней по пунктам.
1) Влияние на КПД
- В пределе Карно: ${\eta }_C=1-\frac{T_c}{T_h}$. При $T_h$ +10% (например $T_h=823\mathrm{K}\to 905.3\mathrm{K}$, $T_c=313\mathrm{K}$)
${\eta }_1=1-\frac{313}{823}=0.620$, ${\eta }_2=1-\frac{313}{905.3}=0.6544$. Абсолютный прирост $\Delta \eta \approx 0.0344$ (≈3.4 процентных пункта), относительный ≈5.6%.
- Для реального цикла Ренкина эффективность растёт меньше, т.к. потери и реальные процессы уменьшают эффект. Оценочная типичная величина: увеличение КПД на несколько процентов относительных (обычно 2–6% относительного прироста) или на 1–4 процентных пункта в зависимости от режима и конструкции.
- Итог: термический КПД и удельная работа турбины увеличиваются, но не пропорционально росту температуры из‑за ограничений реального цикла.
2) Механические нагрузки и термодинамическая прочность
- Большая температура → больше энтальпии пара при той же давлении → большая отдача мощности на тот же массовый расход → повышённый крутящий момент на валу и нагрузка на подшипники/коробки передач/генератор. Это увеличивает механическое напряжение и износ.
- Тепловые напряжения при ограниченной усадке описываются приближённо: $\sigma \approx \frac{E\alpha \Delta T}{1-\nu }$ (полностью зафиксированная деталь). Для стали $E\sim 210\mathrm{GPa},\alpha \sim 12\cdot 10^{-6}{\mathrm{K}}^{-1},\Delta T\sim 80\mathrm{K}$ даёт числа порядка сотен МПа (оценка верхнего предела) — показывает, что при ограничении перемещений напряжения могут стать критичными.
- Увеличение температур приводит к большему тепловому расширению ротора и корпусов; при несимметричных градиентах — дополнительные изгибающие моменты, повышенная осевая нагрузка (thrust) и риск касания (rub).
3) Риск отказа и деградация
- Критические риски: ускоренный ползучесть (creep), термоциклическая усталость, растрескивание из‑за температурных градиентов, снижение прочности лопаток и дисков при высоких температурах, увеличение коррозии и окисления, ухудшение работы уплотнений и смазки в подшипниках.
- Правило приближённо: для многих жаропрочных материалов даже небольшое повышение температуры заметно сокращает срок службы (для ряда сплавов прирост в 10 °C может сокращать ресурс на фактор ~2 при условиях ползучести — зависит от материала и напряжений).
- Вероятные проявления при внезапном росте: рост вибраций, повышение температуры подшипников и корпуса, снижение зазоров (риск контакта), утечка через уплотнения, ускоренный износ лопаток и пр.
4) Рекомендуемые оперативные меры (кратко)
- Немедленно сверить, действительно ли прирост = 10% по абсолютной шкале и источник (датчики/контроллеры).
- При подтверждённом перегреве уменьшить нагрузку/массопоток или снизить регулируемую перегревную температуру; при достижении проектного предела — вывести на планируемую остановку.
- Мониторить вибрации, температуры подшипников, стенок, давление и расход; подготовить инспекцию лопаток/подшипников после остановки.
- Избегать резких перепадов при охлаждении/прогреве (чтобы не вызвать термошоки).
Короткий вывод: эффективность увеличится, но это сопровождается значительным ростом термо‑механических нагрузок и заметным повышением риска преждевременных повреждений и отказа, особенно если температура выходит за пределы проектных допусков — поэтому при внезапном повышении необходимы оперативные меры по снижению нагрузки и проверке состояния.