12.Степень реакции ступени. Активные и реактивные ступени.

Степень реакции. Вышедший со скоростью c₁ из сопел поток пара вступает в каналы, образованные рабочими лопатками, и благодаря их кривизне преобразует приобретенную в соплах кинетическую энергию в механическую работу вращения рабочего колеса. При прохождении каналов рабочих лопаток пар подвергается дополнительному расширению от давления р₁’ в зазоре между соплами и рабочими лопатками до давления р₁ за ними. Суммар­ный располагаемый теплопсрепад в ступени в общем случае де­лится на теплоперепад h_ан, используемый ,в неподвижных соплах, и h_ap используемый на рабочих лопатках, т. е.

h = h_ан + h_ар.

Отношение теплоперепада, срабатываемого на рабочих лопат­ках, к располагаемому теплоперепаду всей ступени называется степенью реакции

ρ = h_ap / h_a . 

В зависимости от величины степени реакции ступени делятся на чисто активные (ρ = 0), активные с реакцией (ρ = 0,1÷0,2) и ре­активные (ρ = 0,4÷0,6). По величине степени реакции можно определить h_ар и h_ан:

h_ap = ρh_a и h_ан = (1 — ρ)h_а кдж/кг. 

13.Абсолютные и относительные скорости потока в ступени и их определение. Треугольники скоростей

Построение треугольников скоростей. Пар из неподвижных сопел выходит с абсолютной скоростью с₁ под углом α₁ к плоско­сти вращения колеса (рис. 72, а). Так как рабочие лопатки, за­крепленные на диске, вращаются с окружной скоростью u = πdn  (где d — средний диаметр ступени, n — частота вращения), то в лопаточный канал струя пара войдет с относительной скоростью W₁, которая определяется как разность векторов c₁ и u и состав­ляет угол β₁ с направлением окружной скорости и: w₁ = c₁ – u .Треугольник, представляющий собой эту геометрическую раз­ность, называется входным треугольником скоростей.

В каналах рабочих лопаток пар вследствие кривизны канала изменяет свое направление и на выходе из него имеет относитель­ную скорость W₂, направленную под углом β₂ к плоскости колеса. Относительная скорость w₂ может быть меньше или больше ско­рости w₁. В чисто активной ступени (ρ = 0) поток пара не получает ускорения и так как процесс движения пара сопровождается по­терями, то скорость w₂ будет меньше w₁. Обычно уменьшение от­носительной скорости характеризуется, так же как и для сопел, скоростным коэффициентом Ψ:

w₂ = ψw₁. 

Коэффициент определяется опытным путем и принимается в пределах Ψ = 0,83÷0,92.

В общем случае (ρ>0) под влиянием расширения пара в каналах рабочих лопаток происходит ускорение парового потока в его относительном движении и теоретическая кинетическая энергия пара при выходе будет

где w₁² / 2 ∙10³ — кинетическая энергия на входе в лопаточный канал. Действительная относительная скорость на выходе

Абсолютная скорость пара с₂ на выходе в неподвижной среде направлена под углом α₂ к плоскости вращения колеса и опреде­ляется как геометрическая сумма векторов относительной w₂ и пе­реносной и скоростей:

c₂ = w₂ + u.

Треугольник, представляющий эту геометрическую сумму, на­зывается выходным треугольником скоростей.

При выполнении расчетов турбин треугольники скоростей сов­мещают к одному полюсу в точке 0 (рис. 72, б). Графическое построение выполняется следующим образом.

Под углом α₁ к направлению окружной скорости откладывают в выбранном масштабе абсолютную скорость пара с₁=44,8 , а от конца вектора скорости с₁ — в том же масштабе окружную скорость u= πdn. Соединив конец вектора скорости и с началом вектора скорости с₁ (точки 0), определяют относительную скорость которая составляет с плоскостью колеса или направлением переносной скорости и угол β₁. Относительную скорость пара на выходе из каналов рабочих лопаток находят по формулам:

Под углом β₂ в выбранном масштабе откладывают вектор скорости w₂, а от конца его окружную скорость и. Соединив конец ее вектора с точкой 0, получают абсолютную скорость пара с₂ на выходе из ступени, направленную под углом α₂ к плоскости вра­щения колеса.

В некоторых случаях выходной треугольник скоростей повора­чивают вокруг вертикальной оси OO на 180° с таким расчетом, чтобы он накладывался на входной треугольник. На рис. 72 пока­заны треугольники скоростей для различных ступеней: в — чисто активной симметричного профиля без учета потерь; г — чисто ак­тивной симметричного профиля с учетом потерь; д — активной не­симметричного профиля и с учетом потерь; е и ж — реактивной.

Реактивные ступени проектируют таким образом, чтобы выход­ной треугольник скоростей был равен входному:

В таких случаях каналы неподвижных сопел и рабочих лопаток получаются одинаковой формы и скоростные коэффициенты для реактивных направляющих и рабочих лопаток могут быть приняты одинаковыми φ = ψ = 0,92÷0,96.

Проекции скоростей на направление окружной скорости назы­ваются окружными составляющими скоростей, а проекции скоро­стей на направление оси колеса турбины, — осевыми составляю­щими. Из треугольников скоростей (рис. 72, б) имеем: