Потери на рабочих лопатках и с выходной скоростью.

Наличие сопротивлений на лопатках отрицательно влияет на скорости пара. Кинетическая энергия, затраченная на преодоление этих вредных сопротивлений, может быть определена для пара массой 1кг по формуле:

q_л = w_2t² / 2 - w₂² / 2 = w₂² / 2² - w₂² / 2 = (1/² – 1) (w₂² / 2) (12.16)

Где: w_2t – относительная теоретическая скорость;

w₂ – действительная скорость.

Кинетическая энергия, затраченная на преодоление сопротивлений на лопатках, преобразуется в теплоту, увеличивая энтальпию пара.

Процесс расширения пара в ступени с реактивностью с учетом этой потери изобразится на i – s диаграмме так.

Рис. 12.6. Процесс расширения пара в ступени турбины

на i – s диаграмме

Пусть точка А₁ (рис. 12.6) характеризует состояние пара после сопл; тогда в этой точке начнется процесс расширения на рабочих лопатках.

Проведя из нее изоэнтропу до пересечения с изобарой р₁, получим линию А₁ А^'₁ изоэнтропийного процесса расширения на рабочих лопатках.

Для определения состояния пара в конце действительного процесса расширения пара на рабочих лопатках (в точке В₁) необходимо отложить вверх от точки А^'₁ отрезок А^'₁ B^'₁, равный q_л, и через точку B^'₁ провести горизонталь до изобары р₁.

Пар, выходя с рабочих лопаток изолированной ступени турбины с абсолютной скоростью с₂, уносит, очевидно, с собой энергию с₂² /2.

Вследствие ударов парового потока о неподвижные части турбины эта кинетическая энергия преобразуется в тепловую потерю

q_в = c₂² / 2 (2.17)

Эта потеря носит название потери с выходной скоростью. Она еще больше повышает энтальпию пара на выходе из ступени турбины.

Для нахождения окончательного состояния пара на выходе из изолированной (в точке С₁ ) ступени нужно отложить на (i – s диаграмме потерю q_B таким же образом, как это делалось при определении потерь в соплах и на лопатках.

Откладывая на is-диаграмме (см. рис. 12.6) вверх от точки С₁ сумму других потерь ступени ∑q_с и проведя горизонталь до пересечения с изобарой р₁, получим точку D₁, характеризующую состояние пара по выходе из ступени.

Силовое воздействие потока на рабочие лопатки и окружная работа.

Равнодействующая активных и реактивных сил, возникающих при течении пара в межлопаточных каналах, действует на рабочие лопатки с силой Р (рис. 12.7), направленной под некоторым углом к окружной скорости.

Эту равнодействующую силу Р можно разложить на две составляющие: Р_и — проекцию силы Р на направление окружной скорости и Р_а — проекцию силы Р на осевое направление, перпендикулярное силе Р_и.

Рис. 12.7. Схема силового воздействия парового потока на рабочую лопатку

Окружная работа, развиваемая колесом, определяется только окружной составляющей силы Р эта составляющая Р_и ,называется окружной силой.

Суммарная окружная сила, приложенная ко всем рабочим лопаткам колеса, т. е. усилие на венец лопаток от действия пара массой 1кг, протекающего за 1с, может быть найдена из выражения:

Р_и = с_1u  c_2u = w_1u + w_2u (12.18)

Здесь двойной знак (±) поставлен потому, что угол α₂ может быть меньше или больше 90°. В первом случае в выражении (12.18) должен быть знак (+), а во втором - знак (-).

Работа, производимая паром массой 1кг в течение 1с, т. е. мощность ступени, может быть найдена как произведение силы Р_и на ее путь за это время или (что то же самое) на окружную скорость и рабочих лопаток:

L_u = Р_и u = u (c_1u  c_2u) = u (w_1u + w_2u) (12.19)

Эту работу (мощность) принято называть работой (мощностью) на окружности колеса, или окружной.

Это выражение работы учитывает потери в соплах q_c , на лопатках q_л и выходную потерю q_B , так как все эти потери учтены при построении треугольников скоростей.

Поэтому работу на окружности можно выразить через перепад энтальпий как разность между располагаемой энергией и окружными потерями:

h_u = h_a* – (q_c + q_л + q_в) (12.20)

Осевая составляющая Р_а силы Р может быть найдена из формулы:

Р_а = (c_1a – c_2a) + F (p₁ - p₂) (12.21)

Где: с_1a — проекция скорости c₁ на осевое направление;

c_2a — проекция скорости c₂ на осевое направление;

F — площадь входа в лопаточные каналы;

p₁ - p₂ — разность давлений пара при входе в лопаточный канал и при выходе из него.

Осевая сила Р_а воспринимается упорным подшипником турбины.

Полученные для сил Р_и и Р_а формулы носят название формул Эйлера.