1.2.2 Геометричні та аеродинамічні характеристики решіток

Турбінні решітки є основним елементом проточної частини турбіни. На рисунку 1.7 показана соплова нерухома решітка 8 та робоча решітка, що обертається 9, яка встановлена на диску 10 валу турбіни. Сукупність нерухомої, соплової та робочої решітки, що обертається, складає проточну частину турбінного східця. В соплових решітках - пара розширюється, збільшуючи свою швидкість. В робочих решітках – відбувається перетворення кінетичної енергії пари в механічну енергію обертання вала турбіни.

Решітки складаються з аеродинамічних профілів (лопаток). В кожній решітці лопатки однакові, встановлені під одним і тим самим кутом та розташовані відносно один одного на однаковій відстані. В результаті профілями утворюються канали, через які протікає пара. Всі турбінні решітки – кільцеві (рисунок 1.10)

Рисунок 1.10 – Турбінні решітки:

а- сектор кільцевої лопаткової решітки;

б- пакет плоскої решітки профілів

Геометричними параметрами кільцевої лопаткової решітки є в меридіональній (вертикальній) площині: діаметри – середній d, кореневий d_к та периферійний d_п; висота лопатки на виході . Хоча турбінні решітки є кільцевими, більш просто експериментально отримати аеродинамічні характеристики плоских решіток, тобто решіток з однаковими по висоті профілями та каналами ( рисунок 1.10, б). Перевагою плоских решіток є їх універсальність, тобто можливість використання їх характеристик для кільцевих решіток різних форм та розмірів.

Наочне представлення про форму каналів в турбінній решітці дають циліндричні перерізи (розкрутки) (рисунок 1.11).

Шляхом зміни форм профілів та розташування їх в решітці можна отримати необхідну форму каналів.

Вхідна частина профілю називається вхідною кромкою, вихідна – вихідною кромкою, випукла частина – спинкою або боком розрядження, увігнутий – бік тиску.

Вхідна частина каналу prq називається косим зрізом. При відношенні тисків в решітці косий зріз грає роль частини сопла, що розширюється (Лаваля), тому з його допомогою отримують надзвуковий потік навіть при каналах решітко, що звужуються.

Рисунок 1.11 – Циліндричні перерізи профілів турбінних решіток:

а- решітка із звужуючим каналом; б- решітка з каналом мало зміненого перерізу; в- решітка з каналом спочатку звужується, а потім розширюється (сопло Лаваля).

Окрім перерахованих геометричними характеристиками решітки є: форма профілю, хорда профілю b; крок решітки t; кут встановлення профілю a_у для соплової решітки та β_у для робочої решітки; ширина профілю B(рисунок 1.11). Інколи доцільно величини, що визначають форму каналу, виражати в безрозмірних відносних одиницях, які називаються відносними геометричними параметрами.

Для кільцевої решітки такими параметрами є:

веєрність решітки ;

відносна висота ;

відносний крок ;

ефективний кут виходу потоку:

• з соплової решітки

• з робочої решітки

Форма каналу залежить від його конфузорності, яка визначається для:

• соплової решітки профілів –

• робочої решітки профілів -

В залежності від конфузорності каналу , тобто від змін його ширини по потоку пари, розрізняють решітки профілів, що звужуються (конфузорні) з – реактивні, та ті що розширюються – сопла Лаваля, в яких після мінімального перерізу a_мін канал знову розширюється до a₁ (рисунок 1.11, в). основною геометричною характеристикою цих решіток є ступінь розширення .

Окрім того, застосовуються решітки профілів з каналом постійного перерізу – решітки активного типу.

В залежності від числа Маха М, що визначається за вихідною швидкістю з каналу, рекомендуються типи профілів:

М<0,7÷0,9 А (дозвуковий)

0,9<М<1,15 Б (біля звуковий)

1,1<М<1,3 В (надзвуковий)

М>1,3÷1,5 Р (розширюючий)