Активні і реактивні турбіни - студопедія

Турбіни, в яких весь мати у своєму розпорядженні-мий теплоперепад перетворюється в кине-тичну енергію потоку в соплах, а в каналах між робочими лопатками розширення не відбувається (тиск ра-бочего тіла не змінюється), називаються активними або турбінами рівного тиску.

У простій активної турбіні ра-Бочее тіло надходить в сопло 1 (або групу сопел), розганяється в ньому до висо-кою швидкості і направляється на робочі лопатки 2 (рис. 35). Зусилля, викликані поворотом струменя в каналах робочих ло-Паток (див. Рис. 34, в), обертають диск 3 і пов'язаний з ним вал 4. Диск із закріпленими на ньому робочими ло-патку і валом називається рото-ром. Один ряд сопел і один диск з робо-чими лопатками складають щабель.

Мал. 35. Схема ступені турбіни

На лопатках робочого колеса кинеться-чна енергія потоку перетворюється в роботу. При вході на лопатку окружна складова швидкості потоку со-впадає з напрямком руху ло-Патки, а при виході - протилежна їй (рис. 28). Тому абсолютна ско-кість потоку на виході багато менше, ніж на вході.

Рухомий потік діє на ра-бочіе лопатки з силою Р. Проекція цієї сили на вісь машини Рz (осьова сила) сприймається наполегливими підшипника-ми, що запобігають зміщення рото-ра уздовж осі, а проекція на напрямок окружної швидкості Рі (окружна сила) викликає обертання ротора.

Одноступінчата активна турбіна була побудована Лавалем в 1883р. (Рис. 36).

Мал. 36. Схема одноступінчастої турбіни Лаваля

Пара поступає в одне або кілька сопел 4, набуває в них значну швидкість і направляється на робочі ло-Патки 5. Відпрацьований пар видаляється через вихлопної патрубок 8. Ротор тур-біни, що складається з диска 3, закріплений-них на ньому лопаток і вала 1 . укладений в корпус 6. у місці проходу вала через корпус встановлені переднє 2 і за-днее 7 лабірінтовие ущільнення, запобігання-обертаючі витоку пара. Так як весь наявний теплоперепад спрацювання-ється в одному щаблі, то швидкості потоку в соплах виявляються більшими. При розширенні, наприклад, перегрітого па-ра, що має параметри 1 МПа і 500 ° С, до тиску 10 кПа теплопере-пад округлено дорівнює 980 кДж / кг, що відповідає швидкості потоку 1400м / с. При таких швидкостях потоку неминучі великі втрати і, найголовніше, недо-допустимі за умовами міцності Лопа-ток окружні швидкості в них. Тому одноступінчаті турбіни Лаваля мають обмежену потужність (до 1 МВт) і низький ККД. Всі великі турбіни роблять багатоступінчатими. На рис. 37 показана схема активної багатоступінчастої турбіни, яка включає кілька послідовно розташованих по ходу пара ступенів, що сидять на одному валу. Сходинки відділі-ни один від одного діафрагмами, в які вбудовані сопла.

У таких турбінах тиск падає при проході пара через сопла і залишається постійним на робочих лопатках. Читається ну ніяк швидкість пара в ступені, називаючи-емой щаблем тиску, то віз-розтане - в соплах, то знижується - на робочих лопатках. Так як, обсяг пара в міру його розширення збільшується, то геометричні розміри проточної частини по ходу пара зростають. Якщо загальний телоперепад (h0 - hвих) розподілити по-Рівне між z ступенями тиску, то швидкість витікання пари із сопел каж-дой ступені, м / с,. Звідси випливає, що застосуванням ступі-ній тиску можна досягти помірних значень з1, забезпечивши високий ККД.

Мал. 37. Схема активної турбіни з трьома ступенями тиску:

1 - сопло; 2 - вхідний патрубок; 3 - робоча ло-патку I ступеня; 4 - сопло; 5 - робоча лопатка II ступеня; 6 - сопло; 7 - робоча лопатка III ступеня; 8 - вихлопної патрубок; 9 - діафрагми

Перша модель двигуна, що використовуються-ющего реактивну силу, була побудована Героном Олександрійським за 120 років до н.е. (Рис. 38).

При закінченні пара з сопел тут виникають реактивні сили, обертаю-щие систему проти годинникової стрілки. Ступінь турбіни, по моделі Герона, представляла б собою обертовий диск з соплами, до яких необхідно організувати безперервний підведення рабо-чого тіла. Зважаючи на складність констру-вання таких ступенів, а тим більше багато-східчастих турбін, чисто реактивні турбіни не створювалися. Реактивний принцип знайшов широке застосування лише в реактивних двигунах Летатель-них апаратів (ракет, літаків і ін.).

Практично реактивними називаючи-ються турбіни, у яких наявний теплоперепад перетворюється в кінетичну енергію потоку не тільки в соплах, але і на робочих лопатках.

Мал. 38. Схема першої моделі реактивної парової турбіни

Сучасні потужні турбіни ви-полняют багатоступінчатими з визна-ленній ступенем реактивності, частіше все-го # 8486; = 0,5. В кожному ступені такий тур-біни розширення робочого тіла відбувається із-дит не тільки в соплових каналах, а й на робочих лопатках. Ступінь сраба-ють лише частина загального перепаду давши-лення на турбіні, і при великому їх числі різниця тисків в окремому щаблі виходить невеликий, а скоро-сті потоку - помірними. При ступеня реактивності # 8486; = 0,5 соплові і робочі лопатки мають однакову форму. Більш того, один і той же профіль лопаток може бути використаний у всіх ступі-нях турбіни, і тільки довжина лопаток змінюється відповідно до збільшення обсягу робочої речовини в міру поні-вання тиску. Це зручно з точки зо-ня їх виготовлення.

На лівій половині малюнка 39 поки-зан корпус або циліндр високого дав-лення (ЦВД) конденсационной трехкорпусние турбіни потужністю 300 МВт на сверхкритические параметри пара з про-проміжною перегрівом пара до 565 ° С. ЦВД є двостінні литу конструкцію. Пар сначалапоступает в соплову коробку 4, розташований-ву у внутрішньому корпусі 3, проходить через щабель 6 з двома лопатками і п'ять ступенів тиску справа наліво. Виходячи з внутрішнього корпусу, пар по-повертається на 180 °, проходить між внутрішнім і зовнішнім 1 корпусами і надходить далі на шість ступенів тиску. При цьому він омиває і охоло-дає внутрішній корпус, а також чистячі-но розвантажує його стінки, відчуваю щие внутрішній тиск. У внутрішньому корпусі діафрагми 2 кріпляться безпосереднім-ного в стінці, а в зовнішньому - в про-проміжних обіймах 5. Обойми позво-ляють організувати відбори пари для ре-генерації.

Після проміжного перегріву в котлі пар з параметрами 3,53МПа і 565 ° С надходить в корпус середнього, а потім низького тиску (праворуч).

Мал. 39. Поздовжній розріз турбіни К-300-240-1 ЛМЗ:

зліва - циліндр високого тиску; праворуч - циліндри середнього і низького тиску