Сопловые и рабочие решётки ступени турбины

 

Профили лопаток количеством z, образуя решётки, располагаются на диске с корневым диаметром d_к друг относительно друга на расстоянии шага D = πd_c/z, где d_c – средний по длине лопатки диаметр, и устанавливаются по отношению к плоскости вращения под углом g. Корневой диаметр диска и длина лопатки определяют периферийный диаметр d_п венца рабочих лопаток. Суммарная сила P_u, действующая на все лопатки рабочего колеса, создаёт крутящий момент М_с = P_ud_c ступени турбины.

Принципиально сопловые и рабочие решетки не отличаются друг от друга, однако, во многих частных случаях между ними имеется ряд различий. Общий вид сопловой решётки паровой турбины показан на рис. 3.11b.

Здесь сопловые лопатки объединены в решётку посредством двух бандажей – наружного и внутреннего Наружный бандаж неподвижно закреплён в корпусе (статоре) турбины, внутренний бандаж охватывает собой вал ротора турбины так, чтобы образовалась скользящая система, герметично уплотняющая объём ступени турбины.

Характерный профиль каналов и распределение параметров потока рабочего тела в активной ступени турбины показан на рис. 3.13. Здесь лопатки сопловой решётки образуют сужающийся контур, в котором поток газа ускоряется, его скорость возрастает от с₀ до с₁, соответственно повышается его кинетическая энергия, пропорциональная с². Давление в потоке согласно закономерностям ускорения потока убывает от р₀ до р₁. С параметрами, имеющими индекс 1, поток устремляется в канал, образованный рабочими лопатками. При этом его абсолютная скорость убывает от с₁ до с₂ за счёт совершения потоком работы на привод вала турбины, который вращается с орбитальной скоростью и. Давление в потоке не изменяется, р₂ = р₁, так как скорость потока, относительная стенок канала, также не изменяется, w₂ = w₁.

Канал между рабочими лопатками активной турбины в идеале имеет неизменное сечение, так что поток в нем изобарический, а скорость w, относительная к поверхности лопатки, неизменна по величине, но непрерывно меняет своё направление, следуя за профилем контура лопатки.

Схема реактивной ступени и характер изменения в ней основных параметров потока газа показаны на рис. 3.16. Здесь лопатки сопловой решётки образуют сужающийся контур, в котором поток газа ускоряется, а давление в потоке согласно закономерностям ускорения потока убывает. На рабочих лопатках, образующих сужающийся либо сложный профиль сечения канала, давление в потоке продолжает убывать, а его относительная скорость возрастает в силу продолжающегося ускорения, абсолютная скорость потока убывает в силу совершения им работы на привод вала турбины.

Задача проектирования турбины заключается в том, чтобы по возможности большую часть располагаемой энергии отвести от потока газа в виде работы на привод колеса турбины – эта задача не является термодинамической, и решается с использованием законов механики. В частности, это достигается тем, что путём надлежащего выбора углов a₁ и b₁ профиля сопловой решётки и лопатки, а также выбора окружной скорости вращения вала u по возможности уменьшают абсолютную скорость с₂, с которой поток газа покидает рабочее колесо.