Активная турбина

Простейшая одноступенчатая турбина. Рассмотрим устройство принцип ее действия (рис. 87, а).

Рис 87 Устройство и принцип действия активной турбины

а - схема одноступенчатой турбины, б - схема действия центробежной силы частиц нара на рабочую лопатку

Пар поступает в одно или несколько неподвижных сопл 1, где он расширяется, вследствие чего часть его потенциальной энергии преобразуется в кинетическую. Далее пар с большой скоростью поступает в каналы подвижных рабочих лопаток 2, имеющих изогнутую форму. В них поток пара совершает криволинейное движение, причем в частицах пара возникают элементарные центробежные силы, которые действуют на внутреннюю поверхность лопаток. Под влиянием этого давления диск 3, несущий лопатки, вращается. Таким образом приводится во вращение и валтурбины 4.

Комплект, состоящий из сопл и рабочих лопаток, в которых совершается процесс расширения пара, называется активной ступенью давления турбины. Простейшие турбины, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми в отличие от более сложных многоступенчатых.

Для уяснения действия пара на рабочие лопатки активной ступени давления на рис. 87, б показана полукруглая лопатка, на которую струя пара вступает со скоростью с₁ без удара, т. е. в направлении по касательной к поверхности лопатки при входе в нее. В своем движении струя пара огибает поверхность лопатки, и, изменяя направление движения, уходит с лопатки со скоростью с₂. Центробежные силы некоторых частиц пара даны на рис. 87, б векторами Р.

Рассмотрим три частицы пара: а, б и в. Возникающие при движении этих частиц центробежные силы, приложенные к поверхности лопатки, можно разложить на составляющие: Р_а, направленные горизонтально, т. е. по оси турбины, и Р_u, направленные вертикально, т. е. по направлению движения лопатки. Вследствие симметричной формы профиля лопатки горизонтальные силы Р_а взаимно уравновешиваются и не оказывают влияния на движение лопатки. Вертикальные же силы Р_u дают в сумме ту силу Р, которая заставляет лопатку перемещаться. Под действием результирующих сил Р всех лопаток, омываемых паром, вращается диск турбины.

Рис 88 Устройство и принцип действия простейшей активной турбины а — график изменения давления и скорости пара, б — продольный разрез турбины

На рис. 88, б дан продольный разрез одноступенчатой активной турбины. Ее вращающаяся часть состоит из вала 4, на который насажен диск 3 с рабочими лопатками 2. В корпусе 5 турбины вставлены одно или несколько сопл 1.

Сечение А—А представляет собой развернутое на горизонтальную плоскость сечение сопл и лопаток.

На рис. 88, а представлены кривые изменения давления и абсолютной скорости пара при его прохождении по проточной части турбины. Свежий пар давлением р₀ подводится к соплам. Пар в сопле расширяется, и давление падает от р₀ до р₁, а скорость возрастает от с₀ до с₁. С этой скоростью пар поступает на рабочие лопатки, которым он отдает часть своей кинетической энергии, приводя во вращение диск с укрепленными на нем лопатками и вал. Абсолютная скорость пара при этом уменьшается до выходной скорости с₂. Расширения пара на рабочих лопатках не происходит, поэтому давление р₁ пара до диска равно давлению р₂ за диском.

Одноступенчатые активные турбины могут быть паровыми и газовыми.

Коэффициент полезного действия ступени турбины возрастает при повышении до известных пределов отношения

u/c₁,

где u — окружная скорость по среднему диаметру венца лопаток,

с₁ — абсолютная скорость выхода пара из сопл.

С одной стороны для получения большей мощности турбины необходимо увеличивать скорость выхода пара с₁. С другой стороны максимальная окружная скорость ограничена прочностью металла.

Поэтому одноступенчатые турбины изготавливают только небольшой мощности при высокой частоте вращения. При этом их к.п.д. 0,4-0,6.

На судах их применяют редко и исключительно для привода вспомогательных механизмов малой мощности (воздуходувок, генераторов).

Одноступенчатые газовые турбины применяют в качестве приводов турбонагнетателей дизелей.

Чтобы избежать высокой частоты вращения и чрезмерной окружной скорости, сохранив при большой мощности высокий к.п.д, современные паровые турбины строят многоступенчатыми со ступенями давления, ступенями скорости и различными комбинациями ступеней давления и скорости.

Дата добавления: 2015-05-08