7. Устройство активной турбины со ступенями давления

Идея ступеней давления заключается в следующем: вместо того чтобы вести расширение пара от давления в котле до противо­давления в один приём, можно разделить этот процесс на частей или ступеней, используя в каждой ступени небольшие перепады давлений. При равных перепадах тепла скорость истечения в каждой ступени будет в меньше, чем у одноступенчатой турбины; соответственно уменьшится и наивыгоднейшая окружная скорость лопаточных венцов.

Таким образом, турбина с числом ступеней z=9 будет иметь окруж­ную скорость в 3 раза, а турбина с z=16 ­в 4 раза меньшую, чем одноступенчатая тур­бина, использующая тот же перепад тепла.

Рис.8. Трёхступенчатая активная турбина

На рис.8 изображена турбина с тремя ступенями давления. Здесь корпус разделен диафрагмами (перегородками) на три отдельные камеры. Пар может прони­кать из одной камеры в следующую только через сопла, расположенные в диафрагмах.

Пар высокого давления подводят из паропровода в кольцевую ка­меру 1, по окружности которой имеется ряд сопел 2. Пар в соплах приобретает известную скорость, энергию которой передает лопаткам 3 первого диска. За лопатками пар имеет небольшую ско­рость с₂, но, пройдя через сопла 4, опять не­сколько расширяется и приобретает большую скорость, которую и передает лопаткам 5. То же самое происходит и в следующей ступени, в которой расширение ведут до давления в выхлопном патрубке 8. Так как объём пара по мере его расширения увеличивается, то сечения сопел и высота лопаток постепенно возрастают от первой ступени к последней.

Весь этот процесс легко проследить по на­несенным в верхней части рис.8. кривым, изменения давления и скорости пара.

8. Устройство реактивная турбина

В реактивной турбине, состоящей из ряда ступеней, движущиеся рабочие лопатки укрепляются на роторе. В промежутках между венцами этих лопаток расположены венцы неподвижных лопаток, закрепленных в корпусе турбины и образующих сопловые ка­налы. Профили подвижных и неподвижных лопаток обычно выполняют совершенно одинаковыми. Устройство и рабо­чий процесс нетрудно уяснить из схематического разреза реактивной турбины представленной на pис.9.

Свежий пар с давлением р_о поступает в коль­цеобразную камеру 7, откуда идёт на непод­вижные (направляющие) лопатки первой сту­пени, где давление его несколько понижается, а скорость возрастает от с_о до с₁. Затем пар попадает в первый ряд подвижных (рабочих) лопаток. Между рабочими лопатками тоже происходит расширение пара, т. е. давление его продолжает понижаться; относительная скорость пара возрастает, но абсолютная ско­рость пара с₂ при выходе будет меньше с₁, так как работа получается за счет уменьшения ки­нетической энергия.

Со скоростью с₂ пар поступает во второй ряд направляющих лопаток. Здесь снова про­исходят его расширение и возрастание скорости до с₁. На рабочих лопатках второй ступени­ скорость пара вновь падает до с₂ и т.д.

Рис.9. Реактивная турбина

Объём пара по мере понижения его давления возрастает, поэтому приходится посте­пенно увеличивать длину лопаток, чтобы полу­чить увеличивающиеся сечения междулопаточ­ных каналов. Начиная с того места, где длина лопаток получается уже достаточно большой, увеличен диаметр барабана, на котором они закреплены. Это позволяет увеличить суммарное сечение каналов не за счет высоты лопаток.

При прохождении пара от одного конца турбины до другого давление его падает от давления при входе в турбину до противодав­ления конденсатора. Так как на каждом ряде лопаток возникает осевое усилие и имеется разность давлений, действующая на кольцевые уступы барабана, то в общем на вал турбины передается значительное осевое давление, направленное в сторону выпуска пара. Поэтому реактивные турбины прихо­дится снабжать для компенсации осевого уси­лия турбины специальными разгрузочными приспособлениями, в данном случае это разгрузочного поршня 8. Пространство перед разгрузочным поршнем соединено посредст­вом трубопровода 9 с выпускным патрубком турбины, вследствие чего давление на поршень с одной стороны больше, чем с другой, и он испытывает усилие, направленное в сто­рону переднего подшипника турбины. Это уравновешивает осевое давление, возни­кающее в проточной части и направленное в сторону выпуска пара.

Турбины с одними только реактивными ступенями в настоящее время не строят. Обычно прибегают к комбинированию активной части высокого давления с реактивными ступенями.

Для рассмотренных машин термин «реактивная турбина», является условным и применяется по укоренившейся традиции. На самом же деле она ра­ботает примерно на 50% по реактивному принципу и на 50% − по активному.

Отношение доли располагаемого теплоперепада рабочих лопаток h₂ к общему теплоперепада ступени (через h₁ обозначается доля теплоперепада направляющих лопаток) на­зывается степенью реактивности ступени (ро)

(1)

Таким образом, для каждой ступени рассмотренной реактивной турбины ,так как перепад тепла делится примерно по­ровну между направляющими и рабочими ло­патками. Для чисто активной турбины = 0, так как весь перепад тепла превращается в кинетическую энергию в соплах.