Принцип действия и классификация турбинных ступеней., страница 4

Поскольку внешний момент сил, приложенных к частице, определяется производной от , то для того, чтобы сила, действующая на частицу заданной постоянной массы m создавала этот момент, должно соблюдаться условие:

.

Для простоты далее будем использовать абсолютную величину МКД. С позиций теоретической механики принцип работы ступени заключает­ся в создании крутящего момента за счет уменьшения МКД частиц потока, проходящих через рабочие лопатки. То есть, как говорят, за счет уменьшения закрутки потока, понимая под последней произведение . Таким образом, для того, чтобы частица рабочего тела про­извела в ступени работу, необходимо неравенство  (см. рис.4 и рис.6).

2.2. Классификация турбинных ступеней по характеру

передачи  МКД от рабочего тела ротору турбины

Изменение закрутки потока в ступени может осуществляться раз­личными способами. Современные паровые и газовые турбины, как пра­вило, являются лопастными машинами. В них рабочие колеса имеют спе­циальные лопатки, и изменение МКД рабочего тела происходит, в ос­новном, за счет поворота потока в межлопаточных каналах.

В некоторых случаях, когда температура рабочего тела (газа) весьма высока, применяются «ступени трения» (рис.7). Ротор таких ступеней выполнен в виде вала с диском, по окружности которого на периферии установлены сопла, направляющие на диск тангенциальные струи газа. Эти струи движутся между ротором и корпусом турбины по спирали по направлению к выпускным патрубкам, расположенным на существенно меньших радиусах, чем сопла, подводящие газ.

При отсутствии сил трения причин для изменения МКД потока во время его дви­жения по направлению к центру не было бы, и окружная составляющая скорости потока  воз­растала бы обратно пропор­ционально уменьшению радиуса.

В действительности силы трения, действующие на поверхности диска, пе­редают ему часть МКД рабочего тела, и интенсив­ность упомянутого роста скорости существенно сни­жается. В результате уменьшается закрутка потока, что необходимо для совершения работы в ступени.

2.3. Классификация турбинных ступеней по способу и

направлению подвода рабочего тела

Разделяют ступени с полным подводом (полным впуском) рабоче­го тела, когда впуск производится по всей длине окружности, на ко­торой расположены сопла, и ступени с частичным подводом (частичным впуском), при котором рабочее тело подается к соплам только на части длины окружности. Дуга окружности, подводящая рабочее тело к соплам, называется активной дугой. Отношение длины активной дуги ко всей длине окружности, где расположены сопла, называется степенью впуска (часто используют понятие «парциальности»). Сте­пень впуска

                                                                                                                 (10)

где  - длина активной дуги,  - средний диаметр облопачивания.

В ступенях с полным подводом рабочей среды =1, в парциальных ступенях <1.

Зачастую вся дуга впуска состоит из нескольких участков (обычно четырех), со­ответствующих нескольким группам сопел. В таких случаях

Соответственно

                                                                                                           (11)

Группы сопл в парциальной ступени называют их сегмен­тами. Парциальные ступени используются для повышения кпд ступени за счет увеличения высоты сопловых и рабочих лопаток, которые при прочих равных условиях растут с уменьшением степени впуска. Заме­тим, что при одних и тех де размерах лопаток кпд парциальной ступени всегда ниже кпд ступени с полным подводом рабочего тела. Парциальные ступени, кроме того применяются как регулировочные. Наличие групп сопл, которые можно поочередно вводить в работу, поз­воляет менять расход рабочего тела на турбину, осуществляя так на­зываемое сопловое регулирование.

По направлению подвода рабочего тела турбинные ступени делят­ся на осевые, радиальные (центробежные и центростремительные) и радиально-осе­вые (центробежные и центростремительные). Схемы ступеней одинарного вращения приведены на рис.8.