- •Оглавление
- •Раздел 1. Теория турбинных ступеней.
- •Цель, задачи, предмет изучения и основное содержание дисциплины «стд. Судовые турбомашины», ее роль и место в системе подготовки специалиста в соответствии с требованиями гос впо и кт
- •Назначение паровой турбины( турбомашины) и ее особенности как теплового двигателя. Принцип действия пт
- •Классификация паровых турбин судовых энергетических установок
- •А). Основные уравнения парового потока в турбине
- •1. Геометрические характеристики турбинной ступени
- •2. Понятие об элементарной плоской турбинной ступени. Геометрические характеристики турбинной решетки.
- •3. Преобразование энергии пара в активной и реактивной турбинных ступенях
- •1. Определение скорости выхода пара из каналов направляющего аппарата и рабочей решетки.
- •1.1. Определение скорости выхода пара из каналов рабочей решетки
- •1.3. Понятие о степени реакции
- •2.1 Влияние косого среза на работу решетки
- •2.2. Расход пара через решетку. Определение высоты лопаток
- •1. Физическая сущность потерь кинетической энергии пара
- •2. Аэродинамические характеристики решеток и их определение
- •Б). Влияние числа Маха на потери энергии
- •3. Влияние конструктивных факторов на потери энергии
- •1. Силовое воздействие потока пара на рабочие лопатки
- •2. Работа на окружности турбинной ступени
- •3. Общее выражение для кпд на окружности турбинной ступени
- •1. Определение и состав внутренних потерь
- •2. Общая характеристика потерь на протечки через зазоры
- •3.Потери на протечки через зазоры в реактивной и активной турбинных ступенях
- •1. Внутренние потери энергии в активной турбинной ступени
- •2. Потери энергии от влажности пара и неучтенные потери
- •3. Внутренняя работа и внутренний кпд турбинной ступени
- •1. Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах
- •2. Кинематика рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •Очевидно, что
- •3. Силовое воздействие потока рабочей среды в радиальных турбинных ступенях
- •1. Методы и задачи теплового расчета, исходные данные
- •Давление пара за турбинной ступенью р1.
- •Адиабатный перепад на турбинную ступень:
- •Располагаемый теплоперепад на турбинную ступень
- •Б). Определение формы межлопаточных каналов направляющих решеток
- •3. Оценка основных геометрических размеров ступени
- •1. Расчет направляющего аппарата
- •В). Расчет потерь энергии в направляющей решетке
- •Д). Построение входного треугольника скоростей
- •Особенности расчета рабочих лопаток
- •Б). Определение угла выхода пара из рабочей решетки
- •Д). Расчет потерь энергии в рабочей решетке
- •Расчет внутреннего кпд и внутренней мощности турбинной ступени
- •1. Принцип действия и устройство колес со ступенями скорости
- •2. Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости
- •3. Процесс в диаграмме h-s для колеса с двумя ступенями скорости
- •1. Работа и кпд на окружности двухвенечного колеса скорости
- •2. Область применения колес со ступенями скорости
- •1. Принципиальное устройство многоступенчатых паровых турбин
- •2. Процесс в диаграмме h-s для многоступенчатой паровой турбины
- •3. Понятие о возвращенном тепле. Связь между кпд многоступенчатой паровой турбины и кпд ее ступеней
- •1. Понятие об использовании выходной энергии мспт
- •2. Коэффициент использования выходной энергии
- •3. Процесс в диаграмме h-s при использовании выходной энергии
- •1. Эффективный кпд гтза и валопровода
- •2. Удельный и секундный расходы пара
- •3. Характеристика многоступенчатой паровой турбины
- •1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
- •2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня
- •3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход
1. Определение осевого усилия, действующего на ротор многоступенчатой паровой турбины
При работе турбины на ее роторе возникают осевые усилия, которые воспринимаются упорным подшипником.
Назовем основные причины, вызывающие возникновение осевых усилий на роторе турбины.
1. В ходе преобразования энергии пара на рабочих лопатках на их действуют аэродинамические силы со стороны потока пара. Величина силыР, действующей на одну лопатку (рис.100), определена нами при анализе работы единичной турбинной ступени. Эта сила может быть разложена на окружную силу Pu, которая совершает полезную работу, заставляя ротор турбины вращаться, и осевую силу Ра. Сила Ра работу не совершает; она стремится сдвинуть ротор турбины в осевом направлении и входит как составляющая в нагрузку, воспринимаемую упорным подшипником турбины.
На рабочую лопатку произвольной к-й ступени действует осевая сила Рак, равная: (4.6.1)
где z – число рабочих лопаток к-й ступени.
Величина силы, действующей на все рабочие лопатки этой ступени, составит:
(4.6.2)
В активной ступени и второе слагаемое равно нулю, поэтому в активных ступенях силаневелика; в реактивных ступеняхи поэтому силаможет быть значительной. Для много ступенчатой турбины сZ ступенями суммарная осевая сила, действующая на ее рабочие лопатки, составит:
(4.6.3)
2. Кроме силы в нагрузку упорного подшипника входит сила, вызванная разностью статических давлений пара на выступающие части ротора турбины. На рис.101 показана схема активно-реактивной турбины с комбинированным ротором. Еслиd – диаметр вала, а Dб – диаметр барабана ротора, то сила давления, действующая на торцевые поверхности этого ротора составит:
(4.6.4)
Имея конкретную конструкцию ротора и распределение давлений по ступеням турбины легко подсчитать силу для любого ротора. В общем случае
(4.6.5)
где i – число уступов ротора.
Таким образом, суммарная осевая сила Ра, действующая на ротор много ступенчатой турбины будет направлена по направлению движения пара и составит:
(4.6.6)
3. В общем случае в суммарную осевую силу, действующую на ротор турбины может входить сила вызванная весом ротора при дифферентах корабля, которая определяется по следующей формуле:
, (4.6.7)
где Рр – вес ротора, ψ – угол дифферента корабля.
Осевая сила (4.6.6) должна восприниматься упорным подшипником турбины. Эта сила может достигать значительной величины и для ее восприятия пришлось бы выполнить упорный подшипник очень больших размеров, поэтому используются различные способы разгрузки осевых усилий на роторе турбины.
1. Проектирование активных паровых турбин у которых сила Ра сравнительно невелика, диски выполняются с разгрузочными отверстиями, ротор турбины имеет специальную конфигурацию.
2. Применение двухпроточных турбин. На рис.102 показана принципиальная схема двухпроточной турбины. Для приведенной схемы турбины силы , действующие на рабочие лопатки, направлены в каждом протоке в противоположную сторону и потому взаимно уравновешиваются. Сила, определяемая давлением пара на торцевые поверхности ротора, также равна нулю, ибо давление пара по обоим торцам барабана ротора одинаково и равно Рz. Таким образом, ротор двухпроточной турбины может быть полностью разгружен от осевой силы. Упорный подшипник в этом случае воспринимает только случайные нагрузки и нагрузку от веса ротора при установке турбины с уклоном в корму или при дифферентах корабля.
3. В однопроточных турбинах для уменьшения осевой силы применяется разгрузочный поршень (думмис).