Реактивная турбинная ступень

 

Принцип действия реактивной ступени показан на рис. 1.2. Пар поступает в каналы между направляющими лопатками 1, неподвижно закрепленными в корпусе 2, и расширяется, однако в меньшей степени, чем в соплах активной ступени.

Расширение пара продолжается на рабочих лопатках 3, закрепленных на роторе барабанного типа 4.

Рис. 1.2. Схема реактивной ступени и действия сил на рабочую лопатку

 

Направление движения струи пара, попадающей на рабочие лопатки, изменяется, в результате чего создается активное усилие Р _акт. Благодаря расширению в рабочем канале возникает реактивная сила Р _реакт; ее величина и направление зависят от формы канала.

Геометрическое сложение Р _акт и Р _реакт дает равнодействующую силу Р, окружная составляющая которой Р_и вращает ротор, а осевая Р'_а воспринимается упорным подшипником (из-за разности давлений р₁ — р₂ возникает также осевое усилие Р_а, направленное в сторону движения потока).

Активные и реактивные ступени называются ступенями давления.

 

В реактивной турбине (рис. 44) свежий пар с начальными параметрами: , , и абсолютной скоростью , подводится к направляющему аппарату (сечение 0). В сужающихся каналах направляющего аппарата происходит расширение пара, в результате чего на выходе из него (сечение 1) скорость потока пара увеличивается до значения , а его давление снижается до значения . С этой скоростью пар поступает к рабочим лопаткам турбины.

В реактивной турбине рабочие лопатки образуют сужающиеся каналы, в результате чего в них происходит дальнейшее расширение пара. При этом на выходе из лопаток (сечение 2) давление пара снижается до величины , а скорость потока пара – до значения .

При обтекании потоком пара рабочих лопаток и повороте потока на рабочих лопатках возникает сила, направленная от вогнутой поверхности лопатки к выпуклой. Вместе с тем, при расширении и ускорении потока пара, в каналах рабочих лопаток возникает дополнительная реактивная сила, воздействующая на них в том же направлении.

Суммарное усилие, действующее на рабочие лопатки, передается валу турбины и создает на нем крутящий момент.

Ротор турбины приходит во вращение, при этом рабочие лопатки на среднем диаметре движутся с окружной скоростью .

 

Рис. 44. Принцип действия и процесс расширения пара в реактивной турбинной ступени.

 

Теоретический процесс расширения пара в реактивной турбине протекает изоэнтропно и изображается на диаграмме в виде вертикальной линии (рис. 44).

Линия на диаграмме изображает теоретический процесс расширения пара в каналах направляющего аппарата. При расширении пара в направляющем аппарате срабатывается теплоперепад – .

Фактический процесс расширения пара в направляющем аппарате протекает по линии , а точка характеризует действительные параметры пара на выходе из направляющего аппарата.

Точка отстоит от теоретической на величину потерь – .

Дальнейший процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток начинается из точки , и при изоэнтропийном расширении выглядит как вертикальная линия .

При расширении пара в каналах рабочих лопаток срабатывается теплоперепад .

 

Фактически процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток протекает по линии , а точка характеризует действительные параметры пара за выходной кромкой рабочих лопаток.

Точка отстоит от теоретической на величину потерь – . По аналогии с активной турбиной, в реактивной также имеют место потери с выходной скоростью – , при этом действительные параметры пара за реактивной турбиной описываются состоянием рабочего тела в точке .

 

В отличие от активной, в реактивной турбине весь располагаемый теплоперепад – срабатывается частично в направляющем аппарате – , частично на рабочих лопатках – .

В настоящее время в турбостроении чисто активные ступени не применяются ввиду сложности подвода пара к рабочим лопаткам (пар должен поступать перпендикулярно плоскости лопаток).

 

В действительности активные турбины всегда имеют некоторую степень реактивности – , что позволяет снизить величину потерь энергии в турбинной ступени.

 

Поэтому когда речь идет об активных и реактивных турбинах, в большей степени имеют ввиду конструктивные отличия в исполнении проточных частей этих типов паровых турбин.