Работа пара в реактивной ступени

РЕАКТИВНАЯ И АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНЫ

Чисто реактивные турбины из-за чрезмерно высокой частоты вращения в практике применения не нашли. Используются полуреактивные турбины (называемые упрощенно реактивными), в которых пар поровну расширяется в неподвижных направляющих каналах и в подвижных каналах между рабочими лопатками дисков.

Рис 92 Схема преобразования давления и скорости пара в реактивной ступени

В ступени реактивной турбины (рис. 92) пар давлением р₀ со скоростью с₀ поступает в неподвижные аппараты, образованные направляющими лопатками 2, в корпусе 1 турбины, где он частично расширяется до давления р₁ (как в соплах) и приобретает скорость с₁. С этой скоростью пар входит в каналы рабочих лопаток, укрепленных в роторе 3, и, воздействуя на эти лопатки, отдает им приобретенную кинетическую энергию. Абсолютная скорость пара при этом уменьшается до значения выходной скорости. Таким образом, здесь также осуществляется активный принцип. Вследствие суживающейся формы каналов рабочих лопаток пар в них дополнительно расширяется до давления р₂, что вызывает появление реактивной силы, действующей на каждую лопатку (направление движения лопаток показано стрелкой).

На рис. 93 показаны силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины.

Рис 93 Силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины

Попадая из направляющего канала 1 в рабочий канал 2, струя изменяет направление течения, вследствие чего развиваются центробежные силы частиц пара. Суммарное усилие, испытываемое рабочей лопаткой от активного действия струи, выразится силой P_акт. Так как в рабочем канале пар расширяется, возникает реактивная сила P_реакт, направление которой зависит от формы лопатки. Сложив силы Р_акт и P_реакт, получим равнодействующую силу Р, вращающую рабочую лопатку. Кроме того, разность давлений р₁ и р₂ у входа в рабочий лопаточный канал и у выхода из него вызывает появление дополнительной неуравновешенной силы Р_акс действующей на лопатку вдоль оси ротора. Силы Р и Р_акс дают результирующую силу P_рез. Одноступенчатые реактивные паровые турбины на практике не применяют.

Схема работы пара в многоступенчатой реактивной турбине дана на рис. 94.

Рис 94 Многоступенчатая реактивная турбина

Турбина состоит из корпуса 4, в котором укреплены неподвижные направляющие лопатки 2 и 5, и ротора 7, на котором размещены подвижные рабочие лопатки 3 и 6. Пар давлением р₀ подводится к кольцевому каналу 10 перед первым рядом направляющих лопаток. В этом ряду пар расширяется до давления р₁ и увеличивает свою скорость до значения с₁. Проходя далее по первому ряду рабочих лопаток, пар продолжает расширяться. Абсолютная скорость пара на рабочих лопатках уменьшается до значения с₂ вследствие преобразования его энергии в механическую работу вращения лопаток. На направляющие лопатки второй ступени пар входит, имея абсолютную скорость с₂. Здесь вследствие нового падения давления пар увеличивает свою скорость от с₂ до с₁, с которой поступает на второй ряд рабочих лопаток, и т.д., пока пар не пройдет все облопачивание.

Вследствие разности давлений пара при входе на рабочие лопатки и при выходе с них и динамического усилия потока в турбине создается осевое усилие, стремящееся сдвинуть ротор в сторону движения пара Для разгрузки этого усилия в передней части ротора установлен разгрузочный поршень 9. Сущность его действия заключается в том, что пространство перед ним сообщается при помощи трубы 8 с полостью отработавшего пара и таким образом создается разность давлений, действующая в сторону, противоположную направлению движения пара.

Реактивные турбины большой мощности с целью уменьшения длины лопаток их последних ступеней часто делают двухпоточными. В этом случае турбина будет уравновешенной в осевом направлении и необходимость в разгрузочном поршне отпадает.

На рис. 95, а показана турбина с расходящимся, а на рис. 95, б — со встречным течением пара

Рис. 95. Двухпроточные реактивные турбины

Из-за разности давлений на лопатках в турбине реактивного типа наблюдается протечка пара через радиальные зазоры у концов направляющих рабочих лопаток. В чисто активной турбине протечки возможны только через зазоры диафрагмы, так как здесь давление пара по обе стороны рабочих лопаток одинаково. Для уменьшения протечек пара у реактивной турбины зазоры между рабочими лопатками и корпусом, а также между направляющими лопатками и ротором делают как можно меньше.

По сравнению с активными паровые реактивные турбины менее выгодны в случае применения пара высокого давления. Поскольку такой пар имеет малый удельный объем, это приводит к необходимости применять лопатки незначительной высоты, но с относительно большими радиальными зазорами, а это ведет к большим потерям от протечки пара через зазоры.

В случае же применения пара низкого давления в реактивной турбине относительные значения радиальных зазоров получаются небольшими. При этом и потери на протечки незначительны, и к.п.д. немного выше, чем у активной турбины.

Таким образом, при умеренных параметрах пара активная и реактивная турбины мало отличаются одна от другой по экономичности (а также по массе и размерам). Однако реактивную турбину, имеющую массивный барабанный ротор, требуется длительно прогревать перед пуском, и ей необходимо продолжительное время на смену режима при маневрировании.

При активном облопачивании уменьшается число ступеней и до-пускаются более высокие окружные скорости. Турбина с дисковым ротором небольшой длины более приспособлена к работе при высоких параметрах, чем реактивная. Ротор активной турбины сравнительно быстро прогревается при соприкосновении с паром, имея в процессе прогревания примерно одинаковую с корпусом турбины температуру; при этом уменьшаются деформации деталей турбины и сохраняются почти постоянными радиальные и осевые зазоры в проточной части.

Дата добавления: 2015-05-08