2. Степень реактивности ступени турбины

Расширение газа в ступени происходит как в СА, так и в РК. Соотношение между адиабатными работами в СА и РК характе­ризуется степенью реактивности — отношением адиабатной работы расширения газа на лопатках РК L_{ад РК} к адиабатной работе ступени L_ад.ст

Адиабатная работа определяется по уравнению, а адиабатная работа расширения газа в СА

Если >0, газ расширяется и в РК и в СА. Если q<0, это озна­чает повышение (а не понижение) давления в РК, межлопаточный канал в РК оказывается не конфузорным, а диффузорным. Отри­цательная реактивность на расчетном режиме не допускается, так как приводит к дополнительным потерям.

Величина не остается постоянной по высоте лопаток: на D_ST она меньше, а на D_к — больше, что определяется изменением параметров газа по радиусу проточной части.

На входе в СА газ движется в осевом направлении и парамет­ры его по высоте лопаток одинаковы. Пройдя СА, газ изменяет направление, он закручивается, скорость c₁ имеет теперь окружную составляющую c_1u (см. рис. 5.4), и поток из-за вращения оказыва­ется в поле действия центробежной силы. Под ее действием дав­ление газа в зазоре между СА и РК увеличивается от корня к пе­риферии, что ведет к уменьшению перепада давления на СА и уменьшению скорости истечения.

В практике турбиностроения применяют обычно закон профили­рования c_ur=const (закон постоянной циркуляции), при котором угол а возрастает, или закон = const.

Как видно из рис. 5.6, где изображены треугольники скоростей газа на входе в РК на D_BT (сплошные линии) и на D_K (штриховые линии), угол Pi входа потока на лопатки РК увеличивается от кор­ня к периферии.

С целью уменьшения потерь энергии стремятся не допустить закрутки газа за РК, при этом давление газа на выходе остается постоянным по радиусу. Так как давле­ние перед лопатками уве­личивается к периферии, то и степень реактивно­сти к периферии также увеличивается.

Указанные выше фак­торы, а также рост ок­ружной скорости и по высоте лопатки, приводят к необходимости выполне­ния закрученных лопаток турбины.

5.4.3. План скоростей ступени

Входной и выходной треугольники скоростей газа, совмещенные на од­ном рисунке, называются планом скоростей ступе­ни (рис. 5.7). Как и в компрессоре, проекции скоростей газа на осевое направление имеют ин­декс а, а на окружное — u. Положительными приняты направления по вращению и по потоку.

В еличина с_1и называется начальной закруткой, с_2и — закрут­кой за турбиной. Угол между направлением с₁ и положитель­ным направлением и обычно равен 16° ... 35°, угол ₂ на выходе из ступени—-между направ­лением с₂ и отрицатель­ным направлением и, дол­жен быть близок к 90° (90—а₂ = 0 ... 10° для од­ноступенчатой и послед­ней ступени многоступен­чатой турбины), для дру­гих ступеней 90—а₂ = = 20° ... 35°.

Для построения плана скоростей, характеризующего кинемати­ку потока в ступени, нужно знать несколько исходных парамет­ров: адиабатную работу расширения газа в ступени L_ал._ст, окруж­ную скорость и, степень реактивности q, скорость с_1а (или угол α₁). скорость С_2а (или угол β₂) • Вместо L_ад._ст может быть взята Сад— некоторая условная скорость потока, кинетическая энергия которо­го равна адиабатной работе расширения газа в ступени

Все остальные параметры плана скоростей выражаются через ис­ходные

Значение адиабатной скорости истечения газа из СА можно получить с помощью уравнения энергии

Скорость С_1ад может быть также получена из уравнения

При реальном истечении газа из СА из-за потерь на трение c₁ меньше c_1ад. Уменьшение скорости оценивается коэффициентом скорости СА, характеризующим его совершенство,

φ = c₁/с_1an = 0,96 ... 0,98. Тогда

Уравнение энергии в относительном движении позволяет опре­делить относительную скорость истечения газа из РК

Значение ω_2ад можно также определить как

Гидравлические потери в РК оцениваются коэффицентом скорости РК . Тогда относительная скорость

Используя параметры С_ад,u, ϱ, c_1a (или α₁) и c_2a (или β₂) мож­но определить другие параметры плана скоростей по следующим формулам:

1. Если известны

;

;

Б) если известны , u,

Составляющие скоростей и углы β₁ и α₂ определяются по уравнению (5.27).