Вопрос№ 4

1. Принцип действия активной турбинной ступени.

Ступень турбины (турбинная ступень) – совокупность неподвижного ряда сопловых (направляющих) лопаток, в каналах которых ускоряется поток пара, и подвижного ряда рабочих лопаток, в каналах которых энергия движущегося пара преобразуется в механическую работу на вращающемся роторе по преодолению сил сопротивления приводимой машины (электрогенератор) и сил трения (т.е. внутренних сил сопротивления).

На рис. 2 изображен схематический чертеж турбинной ступени осевого типа, продольный разрез вдоль оси ротора.

Рис. 2:

u – окружная скорость; c₁ – абсолютная скорость выхода потока пара из сопл; α₁ – угол выхода потока из сопла; w₁ – относительная скорость выхода или скорость натекания на рабочие лопатки; β₁ – угол направления скорости w₁; c₂ - абсолютная скорость выхода из рабочих лопаток; w₁ – относительная скорость выхода из рабочих лопаток.

Активное усилие получается под действием поворота потока.

В активной ступени Р₂ = Р₁, т.е. расширения пара в каналах рабочих лопаток не происходит. w₂ < w₁, т.к. прохождение пара в рабочих лопатках сопровождается потерями. Энтальпия i(h) пара при прохождении им рабочих лопаток возрастает из-за потерь в них i₂ > i₁.

Направление потока под углом α₁задается соответствующей. формой и углом установки α_у сопловых лопаток.

Рабочие лопатки вращаются с окружной скоростью u, которая зависит от диаметра d и от частоты вращения ротора n:

За счет поворота потока и расширения рабочего тела на рабочих лопатках создается усилие и, следовательно, крутящий момент на роторе. За счет поворота потока пара в каналах рабочих лопаток создается активная часть усилия (для чисто активных ступеней), а за счет ускорения потока в тех же каналах – реактивная часть усилия, действующего на рабочие лопатки.

Вопрос№ 5

2. Принцип действия реактивной ступени.

Расширение пара происходит не только в соплах, но и в каналах рабочих лопаток с одинаковой степенью расширения. В реактивной турбине применяется барабанная конструкция ротора – нет диафрагм и дисков.

Рис.3: 1 – ротор; 2 – корпус; 3 – разгрузочный поршень; 4 – выхлопной

патрубок; 5 – сопло; 6 – рабочая лопатка.

Треугольники скоростей 1 и 2 одинаковые, углы β₁ и α₂ близки к 90º.

Благодаря расширению пара в рабочих лопатках создается ускорение потока в их каналах в относительном движении, а следовательно, появляется реактивная сила, которая создает окружное усилие на рабочих лопатках. В этом случае на них возникает как активная сила (за счет поворота потока), так и реактивная. Рабочие лопатки испытывают на себе большую разность давлений (Р₁ – Р₂), что приводит к возникновению осевых усилий, стремящихся сместить ротор в осевом направлении.

В реактивных ступенях предусматривают специальные устройства, которые воспринимают на себя часть осевого усилия. Частично осевые усилия воспринимаются упорным подшипником.

Абсолютная скорость потока на рабочих лопатках уменьшается с С₁ до С₂, а относительные скорости увеличиваются с w₁ до w₂.

Уменьшение С связано с тем, что часть кинетической энергии превращается в механическую энергию вращения рабочих лопаток. Работа 1 кг пара на рабочих лопатках будет пропорциональна разности α_u ≡ С₁² – С₂².

Увеличение w обусловлено градиентом давлений (Р₁ – Р₂) – ускорение парового потока в относительном движении, создает на рабочих лопатках реактивное усилие R_P.

Таким образом, в реактивной ступени используются как активный принцип действия, так и реактивный.

По своей эффективности реактивные турбины подобны активным.

Если степень расширения пара в рабочих лопатках и соплах одинакова, то и их Δ скоростей равны между собой.

Если эти равенства соблюдаются, то профили сопловых и рабочих лопаток берутся одинаковыми.

Реактивная турбина при одинаковых начальных и конечных параметрах имеет в 1,5 раза большее число ступеней, чем активная.