Ступени скорости паровых турбин

Ступени скорости

Особенности ступеней скорости

тем больше при заданном

необходимо, чтобы

, которое в свою очередь зависит от степени

при р = 0:

, примерно равен1

Окружная скорость ограничена по условиям прочности диска или барабана; часто конструктивно нецелесообразно или технологически трудно, как, например, для цельнокованых роторов, увеличивать диаметр ступени. Следует учитывать, что увеличение диаметра для решеток, имеющих небольшую выходную площадь Ри означает нежелательное с точки зрения экономичности уменьшение высоты лопаток. Все это привело к тому, что обычно скорости ик, подсчитанные по наружному диаметру диска и при малых высотах лопаток и близкие к окружным скоростям на среднем диаметре, составляют

Следовательно,

В некоторых же случаях требуется переработать в ступени значительно больший теплоперепад при умеренной окружной скорости и одновременно при высоком КПД. Для того чтобы найти удовлетворительное решение этой задачи, обратимся к диаграмме на рис. 3.6, где приведен баланс потерь для единичной ступени в зависимости от отношения скоростей и/с-ф. Этот график наглядно показывает, что с уменьшением

особенно интенсивно растет потеря с выходной скоростью или, другими словами, увеличивается потеря кинетической энергии, е которой пар покидает ступень. Для того чтобы использовать эту кинетическую энергию, можно после первого ряда рабочих лопаток расположить неподвижный поворотный аппарат, т. е. решетку, в которой потоку (с выходной скоростью с2) придается иное направление.

Выходящий из этой поворотной решетки поток пара поступает во вторую рабочую решетку, где кинетическая энергия парового потока преобразуется в работу на ободе диска. Если за

вторым рядом рабочих лопаток паровой поток все еще обладает значительной кинетической энергией, то могут быть поставлены вторая поворотная решетка и третья рабочая решетка.

Такого типа ступени, где при одной сопловой решетке преобразование кинетической энергии производится в нескольких рабочих решетках, называются ступенями скорости.

Чем больше перерабатываемый тепловой перепад при заданной окружной скорости, тем целесообразнее применять большее число венцов, т. е. число рядов рабочих лопаток в ступени скорости.

Однако, как будет показано ниже, наибольший КПД, который может быть достигнут в ступени, уменьшается по мере увеличения числа венцов и, следовательно, числа решеток. Поэтому практически в современных турбинах применяются только двухвенечные ступени скорости. В небольших вспомогательных турбинах, где экономичность не имеет первенствующего значения, применяют также трехвенечные ступени скорости.

Основное достоинство ступени скорости заключается в том, что даже при умеренной окружной скорости в ней можно при сравнительно высоком КПД переработать значительный теплоперепад, поскольку оптимальное отношение (и/Сф)опт Для нее меньше, а следовательно, теплоперепад при одинаковых скоростях и больше, чем в одновенечной ступени.

На рис. 3.28, где показаны проточная часть и решетки двухвенечной ступени скорости, одновременно изображены треугольники скоростей. Обозначения скоростей и углов между векторами скоростей и направлением окружной скорости первого ряда рабочих решеток сохраняются те же, что и для одновенечной ступени (см. §3.1). Угол входа парового потока в первый ряд поворотной решетки равен углу а2, под которым направлена абсолютная скорость потока пара, покидающего первую рабочую решетку. Для второго венца, состоящего из поворотной и второй рабочей решеток, скорости пара и углы векторов скдростей обозначаются так же, как и для первого венца, но снабжаются индексами прим (с,, угь с2, а и т. д.).

Источник

Ступени скорости паровых турбин

В турбинах со сту­пенями скорости, как и в одноступенчатой, все используемое тепло превращается в кинетическую энергию в соплах, которая преоб­разуется в механическую работу на рабочих лопатках нескольких рядов. Схема активной турбины с двумя ступенями скорости по­казана на рис. 4.

На рисунке изображена диаграмма изменения давления и ско­рости пара. Свежий пар давлением р ₀ , скоростью с ₀ поступает в сопла 4, где осуществляется процесс расширения до давления р ₁ ; в дальнейшем на лопатках давление остается постоянным р ₁ = р ₂ . Это достигается за счет неизменного сечения между рабо­чими лопатками. В результате расширения пара в сопле его абсолютная скорость увеличивается до значения с ₁ . С этой скоростью пар поступает на рабочие лопатки 5 первого ряда, в которых ис­пользуется только часть приобретенной в соплах кинетической энергии пара, и поэтому пар покидает лопатки этого ряда с еще значительной скоростью с ₂ . После этого пар должен поступать на рабочие лопатки 7 второго ряда в том же направлении. Для этого устанавливают так называемые направляющие лопатки 6, кото­рые связаны с корпусом турбины 1 и неподвижны; в них восста­навливается направление движения, измененное па лопатках пер­вого ряда. В направляющих лопатках скорость пара несколько уменьшается до значения с ₁ ’ вследствие изменения направления движения его, а также затраты некоторой части кинетической энергии на преодоление вредных сопротивлений. На рабочих ло­патках второго ряда происходит дальнейшее преобразование ки­нетической энергии пара в механическую работу вращения диска 3 и вала 2; скорость пара уменьшается до значения выходной ско­рости с ₂ ’.

Так как в рассматриваемой турбине расширение пара происхо­дит в соплах одной ступени, а использование кинетической энер­гии осуществляется на рабочих лопатках двух рядов, то она назы­вается активной турбиной с одной ступенью -давления и двумя ступенями скорости. Колесо данной турбины называется двухвенечным колесом Кертиса или колесом с двумя ступенями ско­рости. Для многовенечных ступеней наивыгоднейшее отношение теоретически составляет

и / с ₁ = 1 / 2 z ,

где z — количество ступеней скорости.

Из приведенного отношения следует, что для наивыгоднейшего использования кинетической энергии пара окружная скорость при двух ступенях скорости должна быть в четыре раза, а при трех ступенях скорости — в шесть раз и т. д. меньше скорости истече­ния пара из сопла.

Ступени скорости находят широкое применение во вспомога­тельных турбинах, служащих приводом для масляных, питатель­ных, топливных и других насосов, и в главных турбинах в каче­стве ступеней заднего хода и первой регулировочной ступени.

При использовании ступеней скорости для вспомогательных турбин и турбин заднего хода обеспечиваются их малые габариты, простота устройства и удобство обслуживания. Невысокая эконо­мичность этих турбин в связи с малой мощностью вспомогатель­ных турбин и использованием их отработавшего пара на подогрев питательной воды, а также непродолжительной работой турбин заднего хода существенного значения не имеет.

Применение ступеней скорости в качестве первой регулировоч­ной позволяет использовать значительный теплоперепад и бла­годаря этому значительно снизить давление и температуру в кор­пусе турбины и уменьшить количество последующих за ней ступе­ней давления.

Источник

СТУПЕНИ СКОРОСТИ в паровых турбинах

— ряды подвижных лопаток колеса турбины, на которых струя пара по выходе из сопла с большой скоростью, сохраняя в последующем постоянное давление и произведя работу на первом венце, обладает еще достаточной скоростью, чтобы производить работу на втором венце, затем на третьем, уменьшая скорость до практически допустимого предела. Для направления пара от венца к венцу между ними устанавливаются направляющие аппараты (направляющие лопатки); при венцах, вращающихся в разные стороны, направляющих лопаток не требуется. Больше трех С. С. практически не применяют, т. к. мощность, отдаваемая последними венцами, очень незначительна, а длины лопаток и механические потери сильно возрастают. Применение С. С. позволяет уменьшить число последующих ступеней и, следовательно, размеры и стоимость турбины.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР , 1941

Смотреть что такое «СТУПЕНИ СКОРОСТИ в паровых турбинах» в других словарях:

СТУПЕНИ ДАВЛЕНИЯ в паровых турбинах — ряд подвижных изолированных один от другого специальными диафрагмами дисков с лопатками, в которых струя пара, получив за счет снижения давления в соплах, встроенных в диафрагмы, надлежащую скорость, производит работу на венце подвижных лопаток,… … Морской словарь

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой двигатель внешнего сгорания … Википедия

Паровая тяга — Паровая машина тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой… … Википедия

Паровой двигатель — Паровая машина тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой… … Википедия

Парораспределение — Парораспределение управление распределением пара в различных технических устройствах, а также системы для такого распределения. В паровых турбинах парораспределением называют системы подачи пара в турбину, которые регулируют расход и… … Википедия

Лопатка (лопасть) — У этого термина существуют и другие значения, см. Лопатка (значения). Турбинная лопатка Лопатка (лопасть) деталь лопаточных ма … Википедия

Источник

Принцип работы паровой турбины

Критическое давление и критическая скорость

Первые попытки изобретателей еще не изучивших процесса расширения пара, построить промышленно пригодную паровую турбину натолкнулись на следующее затруднение: оказывается, что если сосуд, в котором находится пар под давлением, снабдить нерасширяющейся трубкой (соплом) цилиндрической или иной формы (рис. 4), через которую будет происходить истечение пара в пространство с меньшим давлением, то пар в этой трубке будет терять давление и приобретать скорость, но только до определенного предела; в случае сухого насыщенного пара у выхода из трубки давление его не может быть меньше 0,58 начального давления. Это давление называется критическим давлением. Соответственно этому давлению мы получим и некоторую предельную скорость истечения, которая называется критической скоростью. Для перегретого пара критическое давление равно 0,546 от начального давления.

Таким образом, если в нашем сосуде находится сухой насыщенный пар при давлении р₀=10 ата, а выпускаем мы его в атмосферу, то в конце сопла мы получим давление

то есть мы используем для превращения в скоростной напор перепад давлений, равный только

Дальше, выйдя из устья сопла, пар, расширяясь уже в атмосфере, будет клубиться и увеличения скорости движения его в направлении оси сопла почти не произойдет. Следовательно, пользоваться цилиндрическим (нерасширяющимся)соплом целесообразно только тогда, когда начальное давление пара не превышает примерно двойного давления в пространстве, куда он вытекает; например, при выпуске пара в атмосферу рабочее давление перед соплом не должно превышать 1,8 ата.

Если отношение давлений перед и за трубкой больше 1,8, то для полного преобразования энергии давления в скоростную энергию нужно, чтобы трубка (сопло) имела после узкого сечения расширяющуюся часть (рис. 5).

Отличительная особенность расширяющегося сопла заключается в том, что давление пара у выхода из сопла может быть доведено до давления среды, в которую он вытекает. При этих условиях пар вытекает из сопла с сверхкритической скоростью и идет ровной струей, вся энергия которой может быть использована на лопатках турбины. Расширяющееся сопло дает возможность использовать любые перепады давлений, полностью преобразовываю в пределах данного перепада давлений потенциальную энергию пара в кинетическую.

Два принципа работы пара в турбине

Из сказанного выше вытекает, что, используя расширение пара в турбине, мы можем получить механическую работу, эквивалентную располагаемому перепаду тепла за вычетом потерь. Процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу может происходить различным образом в зависимости от типа турбины.

Турбины, у которых расширение пара происходит только в неподвижных соплах до вступления его на рабочие лопатки, называется активными турбинами.

Турбины, у которых расширение пара совершается не только до вступления его на рабочие (подвижные) лопатки, но и во время прохождения между ними, называются турбинами, работающими с реакцией. Если теплопадение в соплах составляет примерно половину общего теплопадения (или меньше), турбину принято называть реактивной.

Струя жидкости, направленная на лопатку, оказывает на нее давление, которое зависит от расхода жидкости, скорости ее при входе на поверхность и при выходе с нее, формы поверхности лопатки, угла направления струи относительно этой поверхности и разности давлений жидкости перед и за лопаткой. При этом вовсе не требуется, чтобы струя ударяла о лопатку; наоборот, этого нужно всегда избегать и стремиться к тому, чтобы поток не ударял о лопатку, а плавно ее обтекал.

Дело в том, что при обтекании паром лопаток, так же как при обтекании воздухом крыла самолета, с обеих сторон поверхности лопатки образуется разное давление: с вогнутой стороны давление всегда выше, чем с выпуклой. Вследствие этого получается сила, действующая на лопатку с вогнутой стороны; она заставляет лопатки перемещаться и совершать работу. Отцом русской авиации» профессором Н. Е. Жуковским установлены основные законы для определения «подъемной силы» крыла самолета, обтекаемого воздухом; применение этих законов помогает конструкторам современных турбин создавать наилучшие профили лопаток, обеспечивающие малые потери.

Однако при элементарном изучении преобразования энергии в турбине и конструкций турбин удобнее и нагляднее разделять и рассматривать особо активные и реактивные ступени и происходящие в них процессы. При этом часто вводятся еще некоторые упрощения; в частности, поток пара в соплах и между лопатками рассматривается в ряде случаев как некоторая сплошная струя несжимаемой жидкости, имеющая одинаковые скорости и давления в любой точке входного или выходного сечения.

Ниже рассмотрим подробнее, как работают активная и реактивная ступени турбины.

Активный принцип

Так как кинетическая энергия тела пропорциональна квадрату скорости его движения, то даже тела с очень малой массой, но движущиеся с большими скоростями могут обладать большой кинетической энергией. С другой стороны, кинетическая энергия чрезвычайно быстро уменьшается при уменьшении скорости движения тела. По закону сохранения энергии всякое тело, движущееся с некоторой скоростью и задержанное в своем движении должно отдать при этом всю ту энергию, которую нужно было затратить, чтобы сообщить ему скорость, с которой оно двигалось.

При ударе струи о плоскую поверхность, перпендикулярную направлению движения струи, можно предположить два возможных случая:

а) Поверхность закреплена неподвижно; тогда кинетическая энергия задержанной в своем движении струи частично превратится в тепловую энергию, а частично будет расходоваться на отбрасывание частиц жидкости в стороны и в обратном направлении, на образование вихрей в струе и на разрушение поверхности. Никакой полезной работы при этом не будет совершено вследствие неподвижности поверхности.

б) Поверхность может перемещаться (рис 6,а); тогда кинетическая энергия частично превратится в работу перемещения поверхности, которую можно полезно использовать, а частично будет затрачена бесполезно (как и при неподвижной поверхности).

Очевидно, что в паровой турбине потеря энергии, то есть та часть энергии, которая не превращается в полезную работу, должна быть минимальной; кроме того, струя пара не должна повреждать поверхностей лопаток, на которые она направлена. Достигнуть этого при ударном действии струи нельзя; фурма лопаток турбины должна быть выбрана такой, чтобы струя пара, выходящая из сопла, плавно вступала на лопатки и передавала им наибольшую возможную часть своей энергии.

Путем расчета и опытов было найдено, что поверхности тела, на которую направлена струя, следует придать такую форму, чтобы направленная на него струя совершала поворот и меняла направление своего движения на прямо противоположное (рис. 6,б).

Законы механики так объясняют взаимодействие между струей и предметом. На предмет (лопатку) действует со стороны движущейся криволинейно струи центробежная сила; она распределена по поверхности лопатки, оказывает на нее давление и заставляет перемещаться и совершать работу.

На (рис. 7) изображена полукруглая лопатка. Предположим, что на нее направлена струя пара. Каждая частица пара действует на лопатку с силой, равной центробежной силе и направленной по нормали к поверхности лопатки, то есть по линии, соединяющей центр А полуокружности лопатки с центром тяжести частицы. Рассмотрим три такие частицы а, b, и с. Центробежные силы Р, возникающие от частиц а и с, по законам механики можно разложить на силы Р₁, напралвенные вертикально, и на силы Р₂, направленные горизонтально. Вертикальные силы Р₁ направлены во взаимно противоположные стороны и, будучи равными по величине, взаимно уничтожаются, то есть не оказывают влияния на движение лопатки.

Горизонтальные силы Р₂ становятся тем больше, чем ближе частица расположена к точке В, в которой Р₂=Р₁, а Р₁=0. Сумма сил Р₂ представляет собой ту силу, которая заставляет перемещаться лопатку вправо; помножив эту силу на путь, пройденный лопаткой, мы получим полезную работу, совершенную струей пара. При каких условиях эта работа будет максимально малой, мы рассмотрим ниже

На практике струя обычно направлена под некоторым углом к направлению движения лопаток (рис. 8). Профили лопаток не представляют собой полуокружностей; они образуются отрезками кривых и прямых линий так, чтобы было обеспечено безударное вступление струи пара и высокое использование ее скорости.

Рабочий процесс активной турбины

Свежий пар с давлением р₀ и скоростью с₀ поступает в сопло 4 и расширяется в нем до давления р₁; при этом скорость струи пара возрастает до величины с₁. С этой скоростью струя подходит к рабочим лопаткам 3 и, воздействуя на лопатки, заставляет диск 2 и вал 1 вращаться, производя механическую работу.

По выходе из рабочих лопаток струя имеет скорость с₂ (выходную скорость) меньшую, чем с₁, так как кинетическая энергия преобразуется в механическую работу. Хотя давление в различных местах криволинейного канала, образованного рабочими лопатками, неодинаково, но при входе в канал и при выходе из него оно одинаково, так как каналы между лопатками имеют одинаковое сечение по длине и в них не происходит добавочного расширения пара.

Практически, как мы увидим ниже, сечения каналов между лопатками активных турбин приходится выполнять несколько возрастающими по направлению течения пара; это вызывается тем обстоятельством, что вследствие трения и ударов при протекании паровой струи между лопатками теплосодержание пара несколько возрастает; следовательно, для того чтобы давление его оставалось неизменным, необходимо постепенное увеличение сечений каналов.

Отработавший пар с давлением р₂=р₁ уходит из турбины через выпускной патрубок 6.

Таким образом, мы видим, что активная турбина имеет следующую характерную особенность: Падение давления пара происходит только в сопле (или в соплах, если их несколько); давление пара при входе на лопатки и при выходе с них одинаково.

Необходимая скорость на окружности турбинного диска

Нетрудно сообразить, что если лопатка (рис. 7) движется под действием какой-либо внешней силы с той же самой скоростью, что и направленная на нее струя пара, то она не оказывает струе какого-либо сопротивления и не заимствует у нее хотя бы части ее скоростной энергии. Такое же явление получится, если скорость лопатки будет больше скорости струи; в этом случае лопатка просто уйдет вперед, обгоняя струю.

Вообразим теперь, что лопатка закреплена в неподвижном состоянии; тогда струя пара, направленная на изогнутую поверхность лопатки, не совершит работы ее передвижения, а переменит направление своего движения на обратное и уйдет с лопатки с той скоростью, с какой она на нее вступила, если не считать небольших потерь на трение о поверхность лопатки; следовательно, кинетическая энергия струи останется неиспользованной.

Рассмотрим теперь такой пример: допустим, что скорость подтекания струи пара равна 500 м/сек, м скорость лопатки равна 250 м/сек; в этом случае струя вступит на лопатку с относительной скоростью в 250 м/сек и, изменив направление своего движения на обратное, уйдет с лопатки со скоростью также 250 м/сек относительно лопатки.

Но так как лопатка движется вперед со скоростью 250 м/сек, то скорость обратного движения струи равна и противоположна по направлению скорости лопатки и по отношению к какой-либо неподвижной точке пространства будет равна нулю.

Из сказанного можно сделать тот вывод, что для полного использования кинетической энергии пара скорость движения лопатки активной турбины должна быть в 2 раза меньше скорости истечения струи пара из сопла.

Скорость истечения пара из сопла, как мы уже говорили, зависит от разности его начальной и конечной энтальпии. Чем больше перепад тепла при расширении пара, тем больше скорость его истечения. Современные котельные установки строятся для давлений 35-90 ата и выше (до 300 ата), выпускают же отработавший в турбине пар обычно в конденсатор, где давление держат возможно более низким. Если бы соответствующий теплоперепад был использован сразу для получения скорости, ее значения превосходили бы 1000 м/сек; например, при расширении насыщенного пара от сравнительно невысокого давления 10 ата до давления, равного 0,1 ата (в конденсаторе), скорость истечения достигает 1167 м/сек, то есть будет значительно больше скорости полета пули, выпущенной из винтовки. При применении перегретого пара скорости истечения получаются еще большими, так как возрастают располагаемые перепады тепла.

Для наивыгоднейшего использования кинетической энергии пара скорость u на средней окружности лопаточного венца должна быть, как мы показали, только в 2 раза меньше скорости с₁ истечения пара из сопла. Так, для скорости истечения пара с₁=1200 м/сек скорость u на средней окружности лопаточного венца должна равняться 600 м/сек. Такую высокую окружную скорость осуществить в турбине пока невозможно, так как еще не существует материалов, могущих выдержать колоссальные напряжения от центробежной силы, развивающиеся при окружных скоростях, значительно превышающих 400 м/сек. Отступление же от наивыгоднейшего отношения u/с₁ вызывает сильное снижение к.п.д. турбины.

Таким образом, в одноступенчатой турбине можно использовать с хорошим к.п.д. лишь сравнительно небольшие теплопадения.

В турбинах с небольшими расходами и высокими скоростями пара приходится применять диски небольшого диаметра для того, чтобы не получить слишком низкими рабочие лопатки. К тому же диски малого диаметра легче изготовить лучшего качества. Но при малых диаметрах диска и высоких окружных скоростях получается высоким число оборотов.

Большинство же приводимых турбинами машин (генераторы, насосы и т.п.) требует числа оборотов порядка 3000 об/мин и ниже, а следовательно, высокооборотной турбиной и вращаемой ею машиной приходится вводить понизительную зубчатую передачу (редуктор); при этом размеры передачи не редко превышают размеры самой турбины, а к.п.д. установки понижается за счет механических потерь в редукторе.

На электростанциях зубчатые редукторы почти не применяются, но они нашли широкое применение на кораблях, так как для гребных винтов необходимо очень низкое число оборотов (от 100 до 500 об/мин), а турбина с таким числом оборотов получилась бы громадных размеров.

Невысокий к.п.д. и некоторые конструктивные трудности ограничивают мощность одноступенчатых турбин величиной 500-800 квт.

Одноступенчатые турбины, однако весьма просты и надежны в работе, и они часто применяются для привода вспомогательных механизмов, экономичность которых не имеет существенного значения.

Повышения экономичности турбины, работающей при большом теплопадении с умеренными окружными скоростями, можно достигнуть путем:

1) применения ступеней давления;

2) применения ступеней скорости.

Ступени давления

Идея ступеней давления заключается в следующем: вместо того чтобы вести расширение пара от давления в котле до противодавления в один прием, можно разделить этот процесс на части или ступени, используя в каждой ступени небольшие перепады давлений. Подобного рода устройства примененное для водяной турбины, изображено на (рис. 10), рассмотрим его подробно.

Как видно из чертежа, уровень воды в баке на 500 м выше сопла 1; при этом скорость истечения воды из сопла будет равна примерно 100 м/сек, и наивыгоднейшая скорость на окружности колеса турбины должна равняться 100/2=50 м/сек, для чего нужно 2000 об/мин при диаметре колеса 0,5 м.

Если же мы напор воды разделим на четыре части так, чтобы сопла 2,3,4 и 5 питались каждое из бака, в котором уровень воды стоит на высоте, в 4 раза меньшей, то есть 125 м, то скорость истечения из этих сопел будет уже не 100 м/сек, а только 50 м/сек, и колеса, насаженные на общий вал, должны будут вращаться с окружной скоростью 50/2=25 м/сек, то есть делать только 1000 об/мин при том же диаметре. Количество работы, которое мы при этом получаем, будет тем же самым, если не считать несколько большие потери на трение во втором случае.

Подобным же образом паровую турбину с несколькими ступенями давления можно рассматривать как состоящую из нескольких одноступенчатых турбин, соединенных последовательно, причем все диски сидят на общем валу, а пар, сработав в первой турбине часть располагаемого перепада давлений, переходит во вторую, затем в третью и т.д. до тех пор, пока давление его не сравняется с противодавлением атмосферы или конденсатора.

Турбина с числом ступеней равно 9 будет иметь наивыгоднейшую окружную скорость в 3 раза, а турбина с 16 ступенями в 4 раза меньшую, чем одноступенчатая турбина, использующая тот же перепад тепла.

На (рис. 11), изображающем схематический разрез активной турбины с тремя ступенями давления, видно, что корпус турбины разделен диафрагмами (перегородками) на три отделmные камеры. Пар может проникать из одной камеры в следующую только через сопла , расположенные в диафрагмах по их окружности. Расширение пара происходит следующим образом: пар высокого давления подводят из паропровода в кольцевую камеру 1, по окружности которой имеется ряд сопел 2. В соплах 2 происходит некоторое понижение давления, и по выходе из сопел пар приобретает известную скорость, энергию которой и перепад лопатками 3 первого диска. За лопатками 3 пар имеет небольшую скорость, но пройдя через сопла 4, опять несколько расширяется и приобретает большую скорость, которую и передает лопаткам 5. То же самое происходит и в следующей ступени, в которой расширение ведут до давления в пространстве 6, соединенном с атмосферой или конденсатором.

Весь этот процесс легко проследить по нанесенным в верхней части (рис. 11) кривым, определяющим давления и скорости пара перед и за соплами и за рабочими лопатками. Сравнив эти кривые с имеющимися на (рис. 8), мы увидим, что рабочий процесс одноступенчатой турбины здесь повторяется 3 раза, по числу ступеней давления; при этом давление в каждой следующей ступени понижается, а скорости истечения примерно одинаковы. Последнее достигается выбором соответствующих размеров сопле.

При значительном числе ступеней перепады давлений в каждой ступени получаются небольшими и скорости истечения пара ниже критической; поэтому применение расширяющихся сопел в многоступенчатых турбинах стало уже необязательным; в современных турбинах, как правило, применяют лишь суживающиеся сопла. Этому способствует рассмотренная ниже возможность расширения пара в косом срезе суживающихся сопел до давления ниже критического.

Перепад тепла между ступенями турбины распределяют иногда поровну, чаще же принимают более высокие перепады в первой и последних ступенях; это дает возможность, с одной стороны, понизить давление и температуру в корпусе турбины за счет срабатывания большого перепада давлений в первой ступени, а с другой,- получить меньшую высоту лопаток в последних ступенях за счет больших скоростей протекания пара.

Падения давления по ступеням всегда получаются неодинаковыми: в первых ступенях давление падает резко, в последних же незначительно.

В качестве примера ниже приведена таблица распределения давлений по ступеням активной турбины с 13 ступенями давления, работающей свежим паром давлением 28 ата, температура пара= 400 о С и с противодавлением в конденсаторе= 0,05 ата

При этом перепады тепла составляют от 16,2 ккал/кг в первых ступенях до 32 ккал/кг в последней ступени.

Источник