Принцип действия и классификация турбинных ступеней., страница 7

Если число лопаток (сопловых или рабочих) принять бесконечно большим, то эффект изменения давления качественно остается тем же: мы будем иметь на протяжении одного оборота ротора бесконечно большое число бесконечно малых изменений давления. Таким образом, изме­нение параметров потока за рабочими лопатками в абсолютном движе­нии и за сопловыми лопатками в относительном движении является периодическим. Это значит, что в действительности по­ток, натекающий на любую последующую решетку (сопловую в следую­щей ступени или рабочую в данной) в системе координат связанной с ней является неравномерным. Условия натекания  на последующую решетку при ее движении относительно предыдущей будут периодически меняться. При неравномерном потоке на входе в рабо­чий венец течение в нем будет периодическим с периодом, равным одному обороту даже в подвижной системе координат, связанной с венцом. С точки зрения периодичности возмущающих сил, действую­щих на рабочие лопатки, сказанное означает, что число импульсов, связанных с пересечением данной рабочей лопаткой закромочных следов сопловых лопаток, составляет за одну секунду величину . Здесь n - частота вращения ротора турбины,  - число сопловых лопаток в венце.

С позиций газодинамической трактовки течения в турбинной сту­пени процесс в рабочих лопатках является периодичес­ким независимо от системы координат. Процесс в сопловых лопат­ках первой ступени отсека в абсолютном движении может рассматриваться как установившийся, а в относительном как периодический. В промежуточных ступенях процесс течения является периодическим независимо от вида венца и выбранной системы коор­динат.

Общие условия течения в венцах турбины можно свести в следующую таблицу.

3.3. Классификация ступеней

по газодинамическому принципу

Основным фактором, определяющим при прочих равных условиях характер процесса в ступени, является сжимаемость рабочего тела. Критерием, отражающим влияние сжимаемости, как показано в курсе газовой динамики, является коэффициент называемый приведенной скоростью , где с - скорость потока, а_кр – критическая скорость звука ().

В соответствии с этим различают:

- ступени с малыми дозвуковыми скоростями (0,3), где сжи­маемость практически не сказывается на рабочем процессе;

- ступени с большими дозвуковыми скоростями (0,31),  в которых сжимаемость оказывает существенное количественное влияние на процесс;

- ступени со сверхзвуковыми скоростями потока (>1), в ко­торых сжимаемость оказывает не только количественное, но и качест­венное (при возникновении скачков уплотнения) влияние на течение.

С точки зрения прочности облопачивания в последнем случае особенно опасно возникновение так называемых пульсирующих скачков уплотнения.

4. Структура потока в ступени и его  расчетные схемы

4.1. Паразитные протечки

В турбинной ступени любой конструкции неизбежны зазоры между вращающимися деталями ротора и неподвижными деталями корпуса. Из-за разности давлений перед зазорами и за ними, а также из-за наличия свободных границ потока вблизи зазоров через них всегда возникают так называемые паразитные протечки. Они сводятся к перетеканиям рабочего тела из камеры перед соплами (сечение 0-0) в межвенцовый зазор (сечение 1-1) помимо сопловых каналов, а также  из межвенцового зазора (сечение 1-1) в пространство за рабочим венцом (сечение 2-2) помимо межлопаточных каналов рабочего венца.

Рис.11. Схемы паразитных протечек в турбинных ступенях

В обоих случаях наличие протечек уменьшает расход рабочего тела через ра­бочий венец и мощность ступени. Схема подобных протечек в ступенях с дисковой и барабанной конструкциями ротора приведены на рис.11.

Для уменьшения протечек в турбинных ступенях применяют различные конструкции уплотнений.

Влияние протечек на работу ступени зависит от их абсолютной величины и от длины рабочих и направляющих лопаток. В хорошо уп­лотненных ступенях, когда радиальные размеры лопаток не очень ма­лы, эти протечки, хотя и нарушают структуру потока в ступени, ока­зывают лишь локальное воздействие на него в зонах, близких к самим зазорам. При нарушении нормальных условий работы уплотнений и уве­личении зазоров влияние протечек может распространяться на значи­тельную часть потока особенно, если высоты лопаток в ступени не велики.