Перетворення енергії в турбінному ступені. Робота пари на колі колеса. Відносний лопатковий ККД

Лекція №10. Перетворення енергії в турбінному ступені. Робота пари на колі колеса. Відносний лопатковий ККД.

Література: [1] с. 75-82; [2] с. 34-46; [4] с. 41-49.

Завдання на СРС. Переваги та недоліки реактивних ступенів.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ

Под турбинной ступенью понимается совокупность неподвижного ряда сопловых лопаток, в каналах которых ускоряется поток пара или газа, и подвижного ряда рабочих лопаток, в которых энергия движущегося пара или газа преобразуется в механическую работу на вращающемся роторе по преодолению сил сопротивления приводимой машины.

На рис. 10.1 представлен схематический чертеж турбинной ступени осевого типа: в продольном разрезе вдоль оси ротора (верхняя часть от оси ротора) и развертка цилиндрического сечения диаметра d по части сопловых и рабочих лопаток. В каналах сопловых лопаток рабочее тело (пар или газ паровой или газовой турбины) расширяется от давления перед сопловыми лопатками ро до давления в зазоре между сопловыми и рабочими лопатками р1. На выходе из сопловых лопаток рабочее тело приобретает в процессе расширения скорость с1 , направленную под углом α1 к вектору окружной скорости рабочих лопаток. Направление потока под углом задается соответствующей формой и установкой сопловых лопаток (рис. 10.1). Рабочие лопатки перемещаются перед соплами с окружной скоростью и. Значение этой скорости зависит от диаметра d, на котором расположены рабочие лопатки, и от частоты вращения ротора п: и=π d п. На входе в рабочие лопатки рабочее тело в относительном движении перемещается с относительной скоростью w1. Вектор относительной скорости w1 определяется геометрическим вычитанием из абсолютной скорости с1 переносной скорости и. Векторы абсолютной с1, переносной и, и относительной скорости w1 образуют треугольник скоростей на входе в рабочие лопатки, называемый входным. Угол между векторами относительной и переносной (окружной) скоростей обозначают β1. Положение входных кромок рабочих лопаток при изготовлении определяется направлением относительной скорости, т. е. углом β1. При течении в каналах рабочих лопаток происходит дальнейшее расширение рабочего тела от давления р1 до давления р2 за рабочими лопатками, а также поворот потока. За счет поворота потока и расширения рабочего тела на рабочих лопатках создается усилие и, следовательно, крутящий момент на роторе, который и производит работу по преодолению сил сопротивления приводимой машины. За счет поворота потока в каналах рабочих лопаток создается активная часть усилия, а за счет ускорения потока в каналах рабочих лопаток — реактивная часть усилия, действующего на рабочие лопатки.

[pic 1]

Рис. 10.1. Проточная часть осевой ступени и развертка цилиндрического сечения по среднему диаметру ступени О1, О2 — размеры горла сопловой и рабочей решеток

На выходе из каналов рабочих лопаток относительная скорость рабочего тела обозначается w2 и определяется кинетической энергией в относительном движении на входе в каналы рабочей решетки и энергией при расширении рабочего тела от давления р1 до давления р2. Сложив векторы относительной w2 и переносной и (окружной) скоростей, получим вектор абсолютной скорости с2. Угол вектора скорости w2 с направлением, обратным и, обозначают β2, а его значение определяется формой профиля рабочей лопатки и ее установкой на роторе; при этом направлением выходной кромки рабочей лопатки определяется направление относительной скорости потока на выходе из рабочих лопаток. Угол вектора скорости с2 с направлением, обратным и, обозначают α2. Треугольник скоростей, образованный векторами w2, и и с2, называют выходным.