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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.