25.Окружное и осевое усилие потока на лопатках.

Аэродинамические силы, действующие на рабочие лопатки при обтекании их рабочим телом, возникают вследствие поворота потока в каналах и его ус­корения. Эти силы по своей природе являются аэродинамическими. Для их определения рассмотрим поток в рабочих лопатках, в котором выделим контур 1—1—2—2—1, условно охватывающий одну лопатку. Рассмотрим силы, действующие на выделенную контуром часть потока рабочего тела. На выделенную часть потока со стороны лопаток действует сила реакции лопаток R', со стороны отброшенной части потока — силы давления на поверхности 1-1, 2-2, 1-2. Силы давления на левой и правой поверхностях контура 1-2 равны по значению и противоположно направлены, поэтому взаимно уравновешиваются.

На основании закона механики импульс сил, действующих на выделенную контуром часть потока, равен изменению количества движения рабочего тела, протекающего через контур. Уравнение, соответствующее этому закону, запишем в векторной форме:

В этом уравнении первый член представляет собой

импульс силы R', действующей со стороны лопа­ток на поток, второй член — импульс сил давления на поверхности 1—1 и 2—2; в правой части запи­сано изменение количества движения массы dm, вытекающей через сечение 2—2 и втекающей через сечение 1—1 за время dt. Под понимается пло­щадь, ометаемая рабочими лопатками при движе­нии в активном потоке рабочего тела. При подводе рабочего тела по всей окружности рабочего колеса

Записывая уравнение в проекциях на направление окружной скорости и на осевое направление имеем:

Основное уравнение для определения окружного усилия, действующего со стороны потока рабочего тела на рабочие лопатки турбинной ступени осевого типа:

Направление окружного усилия R_u совпадает с направлением окружной скорости рабочих лопаток. Поэтому окружное усилие R_u определяет работу, совершаемую потоком на рабочих лопатках и, сле­довательно, на роторе турбины.

Основное уравнение для определения осевого усилия, действующего со стороны потока рабочего тела на рабочие лопатки турбинной ступени осевого типа:

Эта осевая составляющая усилия направлена перпендикулярно вектору окружной скорости и, следовательно, не производит работы. Однако составляющая R_a должна учитываться при расчете осевых усилий, воспринимаемых упорным подшипником ротора турбины, а также (наряду с R_u) при определении изгибных напряжений в рабочих лопатках.

26.Уплотнения. Конструкции концевых уплотнений турбин.

Надежность работы турбины в существенной степени зависит от конструктивного выполнения уплотнений. В многоступенчатой турбине лабиринтовые уплотнения используются в качестве концевых и диафрагменных. Кроме того, в проточной части ступеней турбины выполняют периферийные уплотнения по бандажу и уплотнения у корня рабочих лопаток.

В областях высоких давлений уплотнения ограничивают выход пара из турбины, а в областях, где давление ниже атмосферного, они препятствуют подсосу воздуха.

Для уменьшения протечек через зазоры между статором и ротором турбины применяются лабиринтовые уплотнения, представляющие собой последовательный ряд сужений для потока протечки.

Для того чтобы исключить возможность тяжелых последствий задеваний в уплотнениях в конструкции концевых и диафрагменных уплотнений современных турбин применяют некоторые методы. В тех случаях, когда уплотняющие гребни расположены на статоре, на роторе выполняют тепловые канавки. Другим способом является выполнение конструкции уплотнения с тонкими усиками (гребнями), закатанными в ротор .

Если осевые перемещения ротора относительно статора велики применяют или прямоточные уплотнения, когда вал выполняется гладким, без ступенек, а гребни располагаются на статоре, или уплотнения с наклонными гребнями, расположенными как на статоре, так и на роторе с одинаковыми диаметрами по уплотнительным усикам.

Такие конструктивные особенности концевых уплотнений, как число отсеков, число камер отвода или подвода пара к уплотнению, зависят от организации потоков пара в концевых уплотнениях.

Схема ступенчатого лабиринтового уплотнения и изменение давления по длине уплотнения

Рассмотрим процесс течения пара в лабиринтовом уплотнении. В щели поток ускоряется до сравнительно большой скорости с_щ, в камере за щелью уплотнения ступенчатого типа он тормозится практически до нулевой скорости. Торможение в камере идет без восстановления механической энергии, изобарически, с полной диссипацией кинетической энергии потока, которая расходуется на нагрев пара в камере. Давление в камере устанавливается ниже давления перед щелью. В следующих щелях и камерах процессы повторяются. Таким образом, давление от камеры к камере по потоку уменьшается, а энтальпия пара во всех камерах остается неизменной, так как теплота от пара в уплотнении не отводится.