Применение радиальных турбинных ступеней в турбомашинах

Наряду с осевыми турбинами, в которых общее направление потока пара достаточно близко совпадает с направлением оси турбины, некоторое распространение получили радиальные турбины, в которых течение пара происходит в плоскости вращения рабочего колеса турбины.

На рис.61 показана схема радиальной турбины Юнгстрем с общим направлением движения пара от центра к периферии. Она состоит из двух дисков 3 и 4 насаженных на концы отдельных независимых валов 5 и 6, вращающихся в противоположные стороны. Лопатки 1 и 2 закреплены в дисках последовательными кольцевыми рядами перпендикулярно плоскости дисков. Венцы лопаток одного диска входят в промежутки между венцами другого, благодаря этому каждый венец лопаток одновременно является рабочим для своего диска и направляющим для другого.

Таким образом, при вращении дисков в разные стороны с равной частотой скорость рабочей лопатки относительно направляющей получается в два раза большей, чем в нормальной конструкции с неподвижными направляющими лопатками. Это дает возможность выполнить турбину с числом ступеней, приблизительно в два раза меньшим, чем у нормальной реактивной турбины, вследствие чего турбина Юнгстрем получается весьма компактной, а осевые размеры радиальной турбинной ступени могут быть существенно сокращены по сравнению с обычной осевой ступенью. Радиальный поток пара от центра к периферии дает еще следующее преимущество: корпус турбины омывается только отработавшим паром, имеющим низкую температуру, и поэтому он может быть выполнен легким; отпадает надобность и в изоляции турбины, только впускной паропровод и стопорный клапан должны иметь изоляцию. В этом основные преимущества радиальных ступеней.

Наряду с радиальными центробежными турбинами (рис.61) имеются и радиальные центростремительные турбины, у которых пар протекает от периферии к центру (рис.62).

Если поток пара на выходе из радиальной ступени далее поступает на другие ступени и имеет направление вдоль оси турбины, то такие турбины называются радиально – осевыми турбинами. В отличие от турбин Юнгстрем, радиальная турбинная ступень с такой схемой имеет неподвижные направляющие аппараты (рис.63).

Однако, в отличие от осевых ступеней, где действие центробежных сил на рабочие лопатки приводит к их растяжению, в радиальной ступени центробежные силы вы зывают изгибающие напряжения в рабочих лопатках. Таким образом, рабочие лопатки радиальной ступни испытывают изгибающие напряжения, как от динамического воздействия струи пара, так и от центробежных сил.

Изгибающий момент, создаваемый центробежными силами, определяются окружной скоростью и размерами лопаток. Поэтому допустимые окружные скорости в радиальных ступенях существенно ниже, чем в осевых, а высота лопаток не может быть большой. В связи с этим радиальные турбины могут найти применение в тех случаях, когда объемные расходы пара невелики, т.е. при относительно высоких параметра пара, при небольшой мощности агрегата или при малых окружных скоростях.

В отечественной корабельной энергетике такие радиальные турбины в чистом виде не нашли своего применения, однако они используются на электростанциях в качестве приводов электрических генераторов (рис.62), при этом в эксплуатации они не менее надежны, чем турбины осевого типа и несмотря на большие утечки пара через лабиринтовые уплотнения, достаточно экономичны.

Иногда радиальные ступени применяются в качестве первой ступени у двухпроточных турбин. Целесообразность применения радиальных ступеней обуславливается несколько меньшими их осевыми размерами по сравнению с осевыми ступенями, что особенно важно для двухпроточных турбин. Турбина переднего хода ГТЗА – 653 имеет в качестве первой ступени активную радиальную ступень.