2. Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня

Выше было установлена, что суммарная осевая сила, действующая на ротор, турбины, складывается из силы , действующей на рабочие лопатки, и силы, определяемой давлением пара на торцевые поверхности ротора. Принцип действия разгрузочного поршня (думмиса) заключается в следующем. Необходимо так сконструировать ротор турбины, чтобы силабыла направлена в противоположную сторону силеи полностью или частично уравновешивала ее. С принципом действия думмиса познакомимся на конкретном примере. На рис.103 показана принципиальная схема активно-реактивной турбины с думмисом. Думмис представляет собой участок барабана ротора 1 (диаметр думмисаD_п может быть больше, как на схеме рис.103, меньше или равен диаметру барабана D_б), на котором размещены лабиринтовые 2 уплотнения. Полость за думмисом специальными трубами 3 соединена с полостью за последней ступенью турбины и потому в ней поддерживается давление Р_z.

Сила, рассчитываемая обычным образом, направлена слева направо. Теперь подсчитаем силу. Заметим, что первая ступень турбины активная, поэтому давление по обе стороны диска равнаР₁ и силы давлений на кольцевую поверхность площадьюуравновешивают друг друга. Наличие уплотнений думмиса обеспечивает равенство давлений по обеим сторонам ротора, поэтому силы давлений на кольцевую поверхность площадьютакже уравновешивают друг друга.

Остается кольцевая поверхность, площадью ; слева на эту поверхность действует давлениеР_z, а справа – Р₁. Таким образом, сила направлена справа налево, а величина этой силы составляет:

(4.6.8)

Степень разгрузки осевой силы зависит от диаметра думмиса. Для полной разгрузки необходимо условие:

(4.6.9)

Подставляя значение в (4.6.9), получим:

(4.6.10)

Откуда найдем диаметр думмиса D_п, необходимый для полной разгрузки осевой силы: (4.6.11)

В практике не всегда стремятся полностью разгрузить осевую силу и потому диаметр разгрузочного поршня может быть меньше, чем величина D_п, определяемая формулой (4.6.11). Полная разгрузка осевой силы не всегда выгодна по следующим причинам. Во-первых, при этом растет диаметр поршня D_п, а, следовательно, и габариты всей турбины. Во-вторых, при увеличении диаметра поршня D_п растут протечки пара через уплотнения думмиса и уменьшается количество пара, совершающего полезную работу.

С целью частично использовать энергию пара, просочившегося через уплотнения думмиса, иногда этот пар направляют не за последнюю ступень, а в несколько последних ступеней. При этом, естественно, эффективность разгрузки осевой силы снижается, т.к. возрастает давление за думмисом.

Таким образом, имея схему проточной части турбины и распределение давлений по ступеням, можно решить две задачи:

• по заданному диаметру поршня D_п определить суммарную осевую силу, действующую на ротор турбины;

• задавшись допустимым значением осевой силы Р_а, определить необходимый диаметр разгрузочного поршня.

3. Осевые усилия, действующие на ротор многоступенчатой паровой турбины при работе на задний ход

В однокорпусных агрегатах турбина заднего хода (ТЗХ) размещается в одном корпусе с турбиной переднего хода (рис.104). При работе на задний ход турбина переднего хода вращается вхолостую, причем во всей полости турбины переднего хода устанавливается одинаковое давление, равное давлениюР_z за последней ступенью турбины заднего хода. При этом думмис перестает выполнять свою роль разгрузочного устройства, т.к. по обе стороны поршня устанавливается одинаковое давление Р_z (рис.103).

Направление осевой силы при работе турбины на задний ход изменяется. Поэтому упорный подшипник должен быть двухсторонним.

Подсчитаем осевое усилие, действующее на ротор при работе турбины на задний ход. Обычно турбина заднего хода представляет собой колесо с двумя ступенями скорости. Поэтому сила , действующая на рабочие лопатки ТЗХ, составит:

(4.6.12)

Сила определится разностью давлений по обе стороны диска:

(4.6.13)

Из формул (4.6.12) и (4.6.13) видно, что при наличии реакции силы имогут достигать значительной величины и суммарная силаР_а может превышать осевую силу на переднем ходу, что недопустимо.

Поэтому турбина заднего хода всегда выполняется в виде двухвенечного колеса скорости со степенью реакции равной ρ=0. С целью избежания появления реакции на нерасчетных режимах, радиальные зазоры в облопатывании турбины заднего хода выполняются большими.