2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях

Рассмотрим процесс преобразования энергии в радиальной турбинной ступени. Для конкретности будем рассматривать центростремительную ступень, хотя все выводы и расчетные формулы справедливы и для центробежной ступени.

Принципиальная конструктивная схема такой ступени показана на рис. 64. Пар подводится к неподвижному сопловому аппарату, закрепленному на корпусе турбины, и затем поступает на рабочие лопатки, закрепленные на диске параллельно оси турбины. На рис. 65 показано сечение ступени плоскостью, нормальной оси турбины, и треугольники скоростей.

Вотличие от осевой ступени, где в качестве одного из основных размеров рассматривается средний диаметр ступени, в радиальной ступени следует различать:

- диаметр входных кромок сопел (направляющих лопаток);

- диаметр выходных кромок сопел (направляющих лопаток);

- диаметр входных кромок рабочих лопаток;

- диаметр выходных кромок рабочих лопаток.

Прочие основные геометрические размеры радиальной и осевой ступеней соответствуют друг другу:

- хорда профиля направляющей и рабочей решеток;

- ширина направляющей и рабочей решеток;

- высота сопел и рабочих лопаток;

- осевой и радиальные зазоры.

Для определения могут быть записаны очевидные равенства:

(2.9.1)

(2.9.2)

При необходимости различают высоту входных () и выходных () кромок каждой решетки.

В качестве среднего диаметра направляющего и рабочего венцов будем рассматривать диаметр окружности, проведенной через середину ширины венца

(2.9.3)

(2.9.4)

Развертывая окружность и на плоскость (т.е. принимая и ), переходим к обычной схеме элементарной турбинной ступени (§ 2.1). Из этой схемы определяем:

Шаг решетки t, угол установки профилей , а также углы потока, определяющие форму треугольников скоростей (§ 2.1).

Построение процесса в диаграмме h-s для радиальной ступени ничем не отличается от подобного построения для осевой ступени (рис.15, 16, 17).

Расход пара, теоретические и действительные скорости потока, коэффициенты скорости и потерь кинетической энергии, степень реакции и другие характеристики полностью идентичны соответствующим понятиям для осевой ступени.

Расход пара, теоретические и действительные скорости потока, коэффициенты скорости и потерь кинетической энергии, степень реакции и другие характеристики полностью идентичны соответствующим понятиям для осевой ступени.

Существенное различие между радиальной и осевой ступенями начинает проявляться при рассмотрении процесса течения пара через каналы рабочих лопаток.

В обоих случаях анализ движения пара в рабочих лопатках связан с переходом к относительному движению пара , т.е. к вращающейся системе координат.

В общем случае уравнение энергии для этой системы координат, при условии, что потери энергии отсутствуют, может быть записано в виде:

(2.9.5)

где: скорости пара на входе и на выходе из решетки.

Индекс t при скорости w показывает, что рассматривается теоретический процесс, без учета потерь энергии;

h_d, h_st – энтальпии пара на входе в решетку и выходе из нее, в конце адиабаты расширения.