1. Сопловые устройства первых ступеней

Сопла, применяемые в паровых турбинах, бывают расширяющи­мися и суживающимися.

Расширяющиеся сопла позволяют преобразовать в кинетическую энергию большую часть тепловой энергии пара, чем суживающиеся сопла, однако изготовление их более сложно, а потери кинетической энергии пара на трение в них больше. Применяются расширяющиеся, сопла в вспомогательных турбинах и у главных турбин заднего хода, габариты которых стараются получить наименьшими; эко­номия здесь не играет большой роли, ибо вспомогательные турби­ны имеют небольшой общий расход пара и отработавший пар из них используют для подогрева питательной воды. Турбины заднего хода работают редко и кратковременно, поэтому расход пара в них также весьма не велик.

В турбинах вспомогательных механизмов малой мощности: иногда устанавливают отдельно изготовленные сопла, но обычно сопла объединяются в так называемые сопловые сегменты или сопловые дуги. Число сопел в сопловом сегменте бывает различно — от 2 до 30. В большинстве случаев в турбине устанав­ливаются несколько сопловых сегментов.

Так как рабочие лопатки располагаются по окружности диска, то и сопла должны быть расположены по соответствующей окруж­ности.

При этом возможны два случая:

1. Сопла располагаются по всей окружности и пар поступает сразу на все рабочие лопатки, такой впуск пара называется полным.

2. Сопловые сегменты располагаются на части окружности и пар поступает только на соответствующую часть рабочих лопаток; такой впуск пара называется парциальным.

Парциальность характеризуется степенью впуска, под ко­торой подразумевается отношение

где е — степень впуска;

m — длина дули, занятая сопловыми сегментами; d — средний диаметр диска.

Сопла первых ступеней мощных главных турбин устанавлива­ются по всей окружности, но включаться в работу могут и неодно­временно, а в зависимости от мощности, требующейся для задан­ного хода судна.

Сопловые сегменты крепятся во вставных сопловых ко­робках, а при отсутствии последних, непосредственно в корпусе турбины — в сопловых камерах.

Ниже рассматриваются наиболее часто встречающиеся конст­рукции сопел первых ступеней.

Литой сопловой сегмент представлен на рис. 1 Ка­налы его имеют прямоугольное сечение на выходе и круглое — при выходе. Эти сегменты также изготовляются и с прямоугольным входным сечением.

Литые сопловые сегменты просты по изготовлению, но внутрен­ние поверхности их каналов, обрабатываемые лишь вручную, по­лучаются недостаточно гладкими. В результате происходят уве­личенные потери энергии пара на трение о стенки сопел. Материа­лом для изготовления литых сопловых сегментов обычно служат чугун и бронза, что ограничивает допустимую температуру рабо­чего пара — до 200—250° С. Сталь по своим литейным свойствам мало пригодна для изготовления литых сопловых сегментов. Ли­тые сопловые сегменты в настоящее время применяются редко. У соплового сегмента с залитыми сопловыми лопатками сопловые лопатки изготавливают отдельно штам­повкой из стальных пластинок. Отштампованные лопатки заформовывают на определенном расстоянии друг от друга в шишки так, чтобы кромки лопаток выступали из шишек на 8—12 мм. Да­лее делают форму, в нее устанавливают набор шишек с лопатками и форму заливают чугуном. При остывании чугун схватывается с выступающими под шишками кром­ками лопаток, и таким образом, после удаления формовочной земли получается сопловой сегмент, изо­браженный на рис. 1.

У изготовленного таким спосо­бом сегмента две наиболее важные поверхности 1 получаются весьма гладкими; две другие поверхности, прямые внутренние стенки каналов легко зачищаются после отливки. Это гарантирует малые потери (относительно цельнолитых сегментов) при прохождении пара че­рез сопловые каналы. Применяются такие сопла при температуре " впускаемого пара до 250° С.

Рис. 1. Сопловой сегмент с зали­тыми сопловыми лопатками.

Показанный на рис. 1 сопловой сегмент имеет три группы со­пел, которые отделяются друг от друга ребрами. Ребра между группами сопел приходятся против стенок сопловых коробок и плотно к ним прижаты. Каждая группа связана со своей сопло­вой коробкой. При открывании какого-либо соплового клапана пар поступает в соответствующую сопловую коробку, а оттуда в определенную труппу сопел. Таким образом, открывая и закрывая те или иные сопловые клапаны, можно регулировать расход пара, а следовательно, и мощность турбины.

Сборные сопловые сегменты (рис. 2) чаще других применяются у турбин торговых судов. Они состоят из цельнофрезерованных сопловых лопаток 1 и двух оправ - верхней 2 и ниж­ней 5. Каждая сопловая лопатка имеет, по два шипа. При сборке сегмента шипы вставляются в отверстия, сделанные в верхней и нижней оправах, и расклепываются. Для прочности сопловые ло­патки дополнительно скрепляются заклепками 4, которые проходят сквозь обе обоймы и лопатку.

Наборные сопловые сегменты образуются набором отдельных, прилегающих друг к друг цельнофрезерованных или строганных сопел.

Каждое сопло (рис. 3,а) представляет собой деталь сложных очертаний. Примыкая друг к другу, сопла образуют канал нужной формы. Набранные и закрепленные в корпусе турбины сопла обра­зуют сопловой сегмент с необходимым числом сопловых каналов. На рис. 3,б изображен способ крепления этих сопел в корпусе турбины. Сопла / наружным выступом 2 заводятся в кольцевую выточку, проточенную в корпусе 3 турбины. Внутренний выступ накрывается нажимным кольцом 4, которое крепится к корпусу болтами 5. Болты стопорятся проволокой 6, пропущенной через головки болтов.

Такая конструкция сопел позволяет более точно и тщательно обработать внутренние каналы сопел.

Недостатком этой конструкции является сложность изготовле­ния и сборки, а также неизбежность протечек пара по поверхно­стям соприкосновения. Сопла такой конструкции используются при высокой температуре поступающего в турбину пара.

Рис. 2. Литой сопловой сег­мент.

а)

Рис. 3. Цельно-фрезерованные сопла.