Паровая или газовая турбина является двигателем, в котором, теплота и давление рабочего тела последовательно преобразуется в кинетическую энергию, а затем - в механическую работу. При этом газ или пар направляется в сопло, где он разгоняется, а из сопла он попадает на лопатки турбины, где и производит работу. Сила действия струи на лопатку зависит от ее скорости w и формы и расположения лопатки. При прочих равных условиях наибольшая сила воздействия на стенку возникает, когда применяют канал, где струя меняет свое направление.
Активная турбина. Обычно поток пара или газа подводится не сверху и перпендикулярно оси турбины, а сбоку, под острым углом к плоскости вращения. Поток подается через направляющий аппарат в виде расположенных по окружности неподвижных сопл (сопловая решетка). Выходящие из сопл струи пара попадают на лопатки рабочего колеса, сидящего на валу турбины. Обычно сопловые каналы организуются с помощью специальных сопловых лопаток, устанавливаемых по всей окружности диска, который называют диафрагмой. Диафрагма имеет горизонтальный разъем, а в центре ее имеется отверстие диаметром d, через которое проходит вал турбины. Сечение по среднему диаметру лопаток D называют сопловой решеткой. Форма сопловых лопаток такова, что между ними образуются суживающиеся сопла, в которых происходит разгон потока пара. В отдельных случаях может применяться сопло Лаваля, позволяющее разгонять пар до сверхзвуковых скоростей.
Роторы турбин выполняются или дискового типа, когда рабочие лопатки устанавливаются на специальных дисках, соединенных с валом, или барабанного типа, когда лопатки монтируются на сплошном (или полом) барабане вала.
Турбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между лопатками расширения и разгона газа не происходит, называются активными. В активной турбине проходное сечение канала между лопатками турбины делается постоянным и скорость и давление пара там не меняются.
 Рис. 2.5 Роторы паровых турбин
а) – дискового типа; б) – барабанного типа
|
В чистом виде – это авиационные турбореактивные двигатели, толкающие самолет вперед при выбрасывании продуктов сгорание в атмосферу через сопло. Однако на практике к реактивным относят любые турбины, у которых располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока не только в сопловом аппарате, но и в каналах между рабочими лопатками. Для этого профиль рабочих лопаток делается таким, что проходное сечение не постоянно, а уменьшается. В реактивных турбинах расширение пара протекает как бы в два этапа: вначале в сопловом аппарате, а затем и в межлопаточных каналах рабочего колеса.
Отношение теплоперепада на рабочих лопатках D h л к располагаемому теплоперепаду называют степенью реактивности турбины:
W= 
При W=1 - чисто реактивная ступень, при W=0 - чисто активная ступень. Чаще всего энергетические турбины имеют W=0,5.
182 Классификация паровых турбин (по назначению, по конструктивному выполнению, по принципу действия, по принципу парораспределения).
Паровая или газовая турбина является двигателем, в котором теплота и давление рабочего тела последовательно преобразуются в кинетическую энергию, а затем – в механическую работу. При этом газ или пар направляется в сопло, где он разгоняется, а из сопла он попадает на лопатки турбины, где и производит работу. Сила действия струи на лопатку зависит от её скорости w, формы и расположения лопатки. При прочих равных условиях наибольшая сила воздействия на стенку возникает, когда применяют канал, где струя меняет своё направление. По направлению движения рабочего тела турбомашины делят на осевые (поток движется параллельно оси), радиально-осевые и радиальные, когда поток направлен от периферии к оси ротора (центростремительные турбины) или наоборот (центробежные машины). Преимущественное распространение получили осевые турбины. По назначению турбины бывают следующих типов: К – конденсационные (весь отработанный пар направляется в конденсатор); П – конденсационные с отбором пара для промышленного потребления; Т – с отбором пара на теплофикацию; ПТ – с двумя регулируемыми отборами пара (потребителю и на теплофикацию); Р – с противодавлением на выходе из установки; ПР – с производственным отбором и противодавлением; ТР – теплофикационные с противодавлением.
В обозначении турбин после соответствующей буквы ставится мощность в МВт, начальное давление. Мощности паровых турбин (от 2,5 до 1600 МВт) нормализованы, t 0 = 435…565 °C. По конструктивному выполнению турбины бывают: одноступенчатые (малой мощности); многоступенчатые; стационарные; транспортные; с постоянным или переменным числом оборотов; одноцилиндровые; двухцилиндровые; многоцилиндровые;
с дроссельным регулированием (редко); с сопловым парораспределением и регулирующими клапанами; с обводным распределением, когда свежий пар с пониженными параметрами полностью или частично подаётся на последующие ступени или даже во второй, третий цилиндры, минуя предыдущие (устарели).
По принципу действия: активные и реактивные. а) активные турбины, в которых потенциальная энергия пара превращается в кинетическую в каналах между неподвижными лопатками или в соплах, а на рабочих лопатках кинетическая энергия пара превращается в механическую работу; в применении к современным активным турбинам это понятие несколько условно, так как они работают с некоторой степенью реакции на рабочих лопатках, возрастающей от ступени к ступени по направлению хода пара, особенно в конденсационных турбинах. Турбины активного типа выполняются только осевыми; б) реактивные турбины, в которых расширение пара в направляющих и рабочих каналах каждой ступени происходит примерно в одинаковой степени. Эти турбины могут быть как осевыми, так и радиальными, а последние в свою очередь могут исполняться как с неподвижными направляющими лопатками, так и с только вращающимися рабочими лопатками. По принципу парораспределения: а) турбины с дроссельным парораспределением, у которых свежий пар поступает через один или несколько одновременно (в зависимости от развиваемой мощности) открывающихся клапанов, в настоящий момент не находят применения; б) турбины с сопловым парораспределением, у которых свежий пар поступает через два или несколько последовательно открывающихся регулирующих клапанов; турбины с обводным парораспределением, у которых, кроме подвода свежего пара к соплам первой ступени, имеется подвод свежего пара к одной, двум или даже трем промежуточным ступеням (устаревшие турбины).
183 Понятие о сопловой и лопаточной решетках, характеристики решетки.
В каждом цилиндре также организуется многоступенчатое расширение, т.е. ставятся последовательно несколько пар сопловая решетка - рабочее колесо с лопатками. При этом уменьшаются силы, действующие на лопатки, решается проблема их прочности.
Рассмотрим сечение соплового и лопаточного каналов по окружности рабочей зоны турбины (их называют сопловой и лопаточной решетками), представленное на рис. 1. Сопловой канал (схема а) представляет собой изогнутое сопло с косым срезом, в которое рабочее тело поступает через сечение I – I, а выходит через сечение II – II под углом a1 к плоскости, перпендикулярной оси вала. Обычно a1=17±2о. На схеме б) показан элемент рабочей решётки активной турбины. Основными характеристиками решёток являются шаг t, ширина В и хорда b, а также выходной угол a.
 Рис. 2.7 Профили и характерные размеры сопловых и рабочих лопаток
|
 Рис. 2.8 Профили сопловой
и лопаточной решеток и
треугольники скоростей
|
На следующем рисунке приведена схема расположения сопловых и лопаточных каналов в осевой турбине с примерным соотношением действительных размеров (рис. 2 а) и треугольники скоростей на входе и выходе из лопаточной решётки (рис. 2 б).
Обратим внимание, что в турбинах используются сопла с косым срезом, что накладывает некоторые особенности на течение пара или газа (см. рис. 3). Как это видно из рисунка, длина образующих сопла при косом срезе не одинакова, в результате чего поток пара дополнительно отталкивается от не срезанной части сопла, что несколько увеличивает выходной угол a.
Рис.1 Рис.2 Рис.3