Преобразование энергии в турбинной ступени

Т урбинной ступенью называется совокупность неподвижной (сопло­вой) и вращающейся (рабочей) ре­шеток. В ступени происходит пре­образование части общего теплоперепада турбины H₀^т в работу. Назначение сопловой решетки — пре­образовать с минимальными поте­рями внутреннюю энергию потока в кинетическую энергию кольце­вых струй пара (напомним, что при протекании пара через непо­движную решетку работа не совер­шается). Назначение рабочей решет­ки — преобразовать кинетическую энергию (и частично внутреннюю) в работу. Ступень турбины схематически показана на рис. 2.6. Сопловая решетка установлена в диафрагме представляющей собой разъем­ное по горизонтальному диаметру кольцо. Между вращающимся валом и неподвижной диафрагмой установ­лено уплотнение, допускающее лишь очень малую про­течку пара мимо сопловой решетки. Рабочие лопатки, профили которых образуют рабочую решетку, закреплены на диске. На периферии рабочих лопаток имеется ленточный бан­даж с надбандажным уплотнением, препятствующим протечке пара мимо рабочей решетки. Качественно преобразование энергии в турбинной ступени можно объяснить следующим образом. Пар в сопловой решетке расширяется от параметров pо, hо до параметров p1, h1, в результате чего из сопло­вых каналов под малым углом к плоскости выходных кромок выходит кольцевая струя пара большой ско­рости. Эта струя обтекает профили рабочей решетки, образуя на их по­верхностях распределение давления. Резуль­тирующая окружных проекций дав­ления на вогнутой стороне профиля больше, чем на спинке, в результате чего возникает окружная сила R_u, вращающая диск, закрепленный на валу. Дополнительная реактивная сила может возникать за счет расшире­ния пара в каналах рабочей решетки при выполнении их суживающимися.

рис. 2.6. Схематическое изображение тур­бинной ступени: / — диафрагменное уплотнение; 2 — диафрагма; 3 — сопловая решетка; 4 — корпус турбины; 5 -- надбандажное уплотнение; 6" — ленточный бандаж; 7 — рабочая решетка; 8 — диск; 9 — вал

Экономичность работы ступени

Заключенное в паре тепло переходит в механическую работу в устройстве, называемом проточной частью, состоящем из рабочей лопатки и сопла, т. е. в турбинной ступени. Чтобы этот переход совершался с наименьшими потерями, необходимо выполнение ряда условий:

1. Сопло должно быть установлено под возможно меньшим углом к направлению движения лопатки.

2. Скорость движения лопатки должна быть в определенном соотношении со скоростью пара, приобретенной им при выходе из сопла.

3. Рабочие и направляющие лопатки должны быть правильной формы, чтобы потери при проходе пара между лопатками были наименьшими.

4. Пар должен входить на лопатку без удара.

5. Скорость пара при выходе из рабочей лопатки должна быть возможно малой. В этом случае останется неиспользованной лишь малая часть кинетической энергии.

6. Поверхности сопла и лопаток должны быть чистыми и гладкими, чтобы уменьшить трение пара об эти поверхности.

Усилия, возникающие на рабочих лопатках

— изгибающие от динамического давления пара при течении его через лопаточные каналы;

— изгибающие от разности давлений по обе стороны лопаток (реактивных и активных с реакцией лопаток);

— растягивающие от центробежных сил масс рабочих частей лопаток, бандажной ленты и связной проволоки.