В общем случае при течении рабочего тела в ступени турбины его расширение происходит как в сопловых, так и на рабочих лопатках.
hoc- располагаемый теплоперепад сопловой
решётки.
hop h1 hA - располагаемый теплоперепад рабочей решётки по изоэнтропе ŌА.
hop
h0 ;
Если ρ=0 – ступень активная. Обычно активные ступени применяют с некоторой реактивностью (ρ=0,03…0,2)
Если ρ=0,4…0,5 до 1 - реактивная ступень.
При течении потока с трением без теплообмена с окружающей средой, работа сил трения эквивалентно переходит в теплоту, в результате чего энтальпия рабочего тела на выходе из сопловой и рабочей решёток повышается.
Поэтому действительный процесс расширения в сопловой решётке изобразится на h-s диаграмме линией 0-1 с отклонением от изоэнтропы 0-1’ в сторону возрастания энтропии, а в рабочей решётке линией 1-2.
h c h1 |
h1 - потери энергии в сопловой решётке. |
h p h2 h2 - потери энергии в рабочей решётке.
Рассмотрим процесс преобразования энергии в ступени турбины. Схемы работы пара аксиальной ступени и треугольники скоростей.
Существуют турбины со ступенями скорости и ступенями давления. Эти турбины многоступенчатые.
Турбины со ступенями скорости.
Если скорость потока рабочего тела за рабочими лопатками ступени велика, то для использования кинетической энергии потока устанавливается ещё один или два ряда рабочих лопаток, а между ними дополнительные направляющие аппараты, в которых поток не расширяется или расширяется незначительно.
Падение давления происходит только в соплах 4 от начального до конечного уровня.
На рабочих лопатках происходит преобразование кинетической энергии потока в механическую энергию ротора и соответственно уменьшение скорости. Направляющие лопатки 7 служат только для изменения направления движения потока.
Турбина со ступенями давления.
Пар от начального Ро до конечного Ркон давления
расширяется последовательно в нескольких последовательно расположенных ступенях. Сопла расположены в диафрагмах, которые неподвижно вставлены в корпус турбины и отделяют одну ступень давления от другой.
P |
o |
P1 |
C |
|
|
|
|
2 |
|
C3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P3 |
|
|
|
P |
|
Pкон |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
C’1 |
|
C’ |
|
Co |
|
|
2 |
C’3 |
|
|
|
|
|||
Многоступенчатые турбины
Максимальный перепад энтальпии, который может быть использован в одноступенчатой турбине без уменьшения внутреннего относительного КПД составляет 300 кДж/кг, при этом окружная скорость достигает 350-400 м/с, скорость на выходе из сопел при ρ=0,4…0,5 близка к критической. Использование большего перепада энтальпии влечёт за собой отступление от оптимального значения U/С1 и =>
снижение экономичности.
Для того, чтобы использовать больший перепад энтальпий применяются многоступенчатые турбины, представляющие собой соединения последовательно расположенных ступеней давления.
В каждой из этих ступеней давления используется лишь небольшая часть общего перепада энтальпии, которая и преобразуется в работу при оптимальном значении U/С1,
и => при высоком КПД.
Многоступенчатая конструкция турбины позволяет полностью использовать выходную скорость предыдущей ступени в последующей, что приводит к увеличению располагаемого перепада энтальпии ступени hо и, следовательно, к увеличению полезной мощности ступени и экономичности.
h0 h0i h BC
