 |
Активные турбины. Турбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между рабочими лопатками расширения не происходит, называются активными или турбинами равного давления.
|
|
|
|
Активные турбины
Турбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между рабочими лопатками расширения не происходит, называются активными или турбинами равного давления.
Рисунок 8. 2. Схема ступени турбины
В простейшей рабочей турбине рабочее тело поступает в сопло (или группу сопел), разгоняется в нем до высокой скорости и направляется на рабо-чие лопатки (2). Усилия, вызванные поворотом струи в каналах рабочих лопа-ток (см. рисунок 8. 1, в), вращают диск 3 и связанный с ним вал 4. Диск с закрепленными на нем рабочими лопатками и валом называют ротором . Один ряд сопел и один диск с рабочими лопатками составляют ступени. Ступени отделены друг от друга диафрагмами, в которые встроены сопла.
Приращение кинетической энергии на выходе из сопла можно определить по формуле:
В реальных условиях в результате трения и завихрений при течении потока часть кинетической энергии направленного движения молекул превращается
в энергию неупорядоченного движения молекул, что уменьшает скорость потока:
С1= cC1Т,
где с - коэффициент скорости сопла, для сопловых аппаратов современных
турбин с = 0, 95 0, 98.
Одноступенчатая активная турбина была построена шведским инжене-ром Ловалем в 1886 году. Одноступенчатые турбины Ловаля имеют ограничен-ную мощность до 1 МВт и низкий КПД.
В одноступенчатой турбине Ловаля весь располагаемый теплоперепад срабатывается в одной ступени и скорости потока в соплах оказываются боль-шими (1400 м/с). Это недопустимо по условиям прочности лопаток. При таких скоростях неизбежны большие потери. Поэтому турбины Ловаля имеют низкий КПД и ограниченную мощность (до 1 МВт).
|
|
|
Все крупные турбины делают многоступенчатыми. Ступени отделены друг о друга диафрагмами, в которые встроены сопла. В таких турбинах дав-
ление падает при проходе пара через сопла и остается постоянным на рабочих лопатках. Абсолютная скорость пара в ступени, называемой ступенью давления, то возрастает в соплах, то снижается на рабочих лопатках (рисунок 8. 3).
Объем пара по мере его расширения увеличивается, и геометрические размеры проточной части по ходу пара возрастают. Если общий теплоперепад
(ho-hвых) распределить поровну между z ступенями, то скорость истечения пара из сопел каждой ступени, м/с:
где теплоперепад (ho-hвых) – разность энтальпий.
Реактивные турбины
Первая модель двигателя, использующего реактивную силу, была постро-ена Героном Александрийским за 120 лет до н. э. При истечении пара из сопел здесь возникают реактивные силы, вращающие систему против часовой стрел-ки. Ступень турбины, по модели Герона, представляла бы собой вращающийся диск с соплами, к которым необходимо организовать непрерывный подвод рабочего тела. Ввиду сложности конструирования таких ступеней, а тем более многоступенчатых турбин, чисто реактивные турбины не создавались.
Рисунок 8. 4. Схема первой модели реактивной паровой турбины
Реактивный принцип нашел широкое применение лишь в реактивных двигателях летательных аппаратов (ракет, самолетов).
Практически реактивными называются турбины, у которых располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока не только в соплах, но и на рабочих лопатках.
Реактивная турбина — турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела в каналах, образованных лопатками ротора и в которой большая часть потенциальной энергии рабочего тела преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса, как правило, имеющих конфигурацию реактивного сопла.
|
|
|
Все турбины одновременно являются в какой-то степени и активными, и реактивными, то есть давление рабочего тела на лопатки обеспечивается как его кинетической энергией, так и за счет его расширения, но соотношение активной и реактивной составляющей у разных турбин отличается друг от друга. Принято называть реактивными лишь те турбины , в которых по реактивному принципу в механическую работу переходит не менее 50 % всей преобразованной потенциальной энергии рабочего тела.
Отношение теплоперепада на рабочих лопатках hл к располагаемому теплоперепаду hт (турбины) называется степенью реактивности:
При ω =0 (чисто активная ступень ) весь располагаемый теплоперепад, а следовательно, и перепад давлений срабатывается в сопловом аппарате, пре-вращаясь в скоростной напор.
При ω =1 (чисто реактивная ступень) весь располагаемый теплоперепад срабатывался бы на рабочих лопатках.
Современные мощные турбины выполняют многоступенчатыми с опре-деленной степенью реактивности, чаще всего ω =0, 5. В каждой ступени такой турбины расширение рабочего тела происходит не только в сопловых каналах, но и на рабочих лопатках.
|
|
|
