Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 14

Другое отличие расширения в косом срезе сопла по сравнению с соплом Лаваля состоит в том, что в косом срезе струя пара отклоняется в сторону увеличения угла наклона сопла при соответствующем росте ширины струи по направлении изобары.

Предельно возможное расширение пара в косом срезе зависит от угла наклона сопла α₁.

Если принять α₁ = 90ºС, то косого среза вообще не получается. По мере уменьшения угла α₁ возрастает длина косого среза и соответственно (до известного предела) возможность расширения в нем.

Рис. 1.13. Расчетная схема расширяющегося сопла с косым срезом	Рис. 1.14. Расширяющееся сопло с косым срезом (определение угла отклонения струи пара от оси сопла)

При расчетах турбин важно знать, на какой угол отклоняется струя пара в косом срезе (рис 1.14).

Искомый угол отклонения струи от оси сопла в виде:

                                                            .                   (1.29)

График  построен в виде двух кривых: перегретый пар и насыщенный пар.

Рис. 1.15. График

Угол наклона сопел для активных турбин α₁ = 14 – 25ºС. Из графика можно тогда получить

При определении размеров соплового аппарата предварительно выбирают тип сопла. Основным фактором при выборе служит отношение  Если β > β_крит, то применяют суживающиеся сопла, а косой срез для них не используется. При β = 0,55 – 0,2 также рекомендуется выбирать суживающиеся сопла, но учесть дополнительное расширение пара в косом срезе. При β < 0,2 используют расширяющееся сопло Лаваля. При расчете расширяющихся сопел Лаваля определяют кроме других величин: Р_крит, С_крит, V_крит (по h-s критического давления).

Минимальное сечение сопел:

                                                         .                 (1.30)

Либо по эмпирической формуле:

                                                        .               (1.31)

Длина расширяющейся части сопел по выбранному углу расширенных γ = 6 – 12ºС и найденными f₁ и f_min.

1.12. Преобразование энергии пара на рабочих лопатках активной ступени. Треугольники скоростей

Изменение скорости на рабочих лопатках. Геометрическая ось сопла при выходе струи определяет направление абсолютной скорости пара при входе на рабочие лопатки, причем принято считать, что в зазоре между соплами и лопатками эта скорость не меняется. Подвод пара к рабочим лопаткам должен обеспечивать плавное скольжение его по контуру лопаток, так как ударное воздействие струи приводит к завихрениям и потерям энергии.

Рассмотрим изменение скорости пара при прохождении по активным рабочим лопаткам, т. е. при постоянном давлении струи.

На рис 1.6, а показаны рабочие лопатки аксиальной ступени совместно с соплом.  Так как рабочие лопатки сами движутся с окружной скоростью U, то относительная скорость пара по контуру лопаток.

При входе ω₁ должна быть меньше абсолютной скорости входа С₁. Зная С₁ и U строим параллелограмм скоростей с диагональю С₁ под углом наклона сопла α₁ и стороной U.

Тогда второй стороной параллелограмма по величине и направлению будет относительная скорость пара на лопатках ω₁, направленная под углом входа β₁, к плоскости вращения лопаток.

Величину ω₁ можно определить как сторону косоугольного треугольника:

                                             ,    (1.32)

а угол входа β₁ из условия:

                                                      .              (1.33)

Входные кромки лопаток имеют несколько больший угол, чем расчетный β₁ для безударного входа пара.

Струя пара на рабочих лопатках меняет направление и выходит с относительной скоростью ω₂ под углом β₂. Обычно β₁ = β₁ – (3 – 10)º, но иногда β₂ = β_1.

Из-за потерь в лопаточном канале ω₂ меньше ω₁, и в активных лопатках:

                                                            ,                   (1.34)

где ψ – коэффициент, учитывающий уменьшение относительной скорости за счет вредных сопротивлений.