Основные показатели турбинной ступени: окружной и внутренний КПД, характеристики ступени.

Внутренний КПД турбинной ступени - это отношение внутренней работы к располагаемому теплоперепаду в ступени.

Отношение полезной работы 1 кг пара или газа на окружности ступени /г (окружного перепада энтальпий) к располагаемой энергии называют окружным КПД ступени. Под располагаемой энергией обычно понимают располагаемый перепад энтальпий ha- В многоступенчатых турбинах большая часть выходной энергии данной ступени используется в последующей. Эту часть энергии можно считать как бы перенесенной из ступени в ступень и не включат), в располагаемую энергию.

Геометрическими характеристиками турбинной ступени являются:

– высота лопаток направляющего аппарата ℓd;

– высота рабочих лопаток ℓs;

– ширина лопаток направляющего аппарата Вd;

– ширина рабочих лопаток Вs;

– средний диаметр ступени D, определяемый диаметром окружности, проведенной через середину рабочих лопаток.

Высота направляющих (сопловых) и рабочих лопаток зависит от объемного расхода пара и места их в составе проточной части турбин и составляет величину равную 0,01…0,5 м.

Ширина (осевой размер) направляющих (сопловых) и рабочих лопаток зависит от высоты лопаток и составляет величину равную 0,015…0,06 м.

Средний диаметр ступени Dзависит отмощности (объемного расхода пара) турбины и составляет величину равную 0,7…1,5 м.

Здесь и ниже условимся все величины (размеры, параметры пара и др.), относящиеся к направляющему аппарату ступени обозначать индексом «d», а к рабочим лопаткам – индексом «s».

Для турбинной ступени характерно наличие зазоров между вращающимися и неподвижными деталями. Основными зазорами в ступени являются:

– осевой (измеренный по направлению оси турбины) зазор δα между выходными кромками лопаток направляющего аппарата и входными кромками рабочих лопаток;

– радиальный (измеренный в радиальном направлении) зазор δr;

– открытые осевые зазоры

Открытие осевые зазоры на рисунке не показаны и они характерны только для активных ступеней.

Величина зазоров зависит также от объемного расхода пара и места турбинной ступени в составе проточной части турбины, а также от типа турбинной ступени.

Увеличение высоты рабочих лопаток по сравнению с высотой направляющих лопаток определяют перекрыши:

- корневой перекрыш ∆ ;

- периферийный перекрыш ∆ .

бой кольцевую решетку. Течение пара в ступени, состоящий из двух кольцевых решеток, одна из которых неподвижна, а другая вращается с угловой скоростью ω, имеет весьма сложный характер, параметры пара (давление, температура, объем и др.), являются функцией трех координат. В теории турбин координатными осями принято считать осевое направление (ось вращения турбины), радиальное направление и окружное направление.

Однако многие задачи теории турбин можно решить на основе упрощенного представления характера течения пара, рассматривая изменения параметров пара лишь вдоль одной оси, то есть на основе представления парового потока как одномерного. Изменением параметров пара относительно других осей пренебрегают. В осевых турбинах (пар движется вдоль оси вращения) этой осью считают ось вращения турбины, полагая, что в плоскости, перпендикулярной оси вращения, в любой момент времени значения параметров пара одинаковые. При таком упрощенном потоке пара, возможно, использовать закономерности термо- и газодинамики.

Изложенное упрощенное одномерное течение рабочего тела в турбинной ступени формулируют как гипотезу плоских сечений профессора Н.Е.Жуковского, согласно которой течение пара в проточной части турбины происходит концентрическими цилиндрическими слоями, не смешивающимися между собой. Гипотеза позволяет рассматривать не весь поток пара по высоте канала, а течение пара в одном цилиндрическом сечении (слое).

Поэтому достаточно рассмотреть поток в одном таком «слое» для того, чтобы вынести суждение обо всем потоке. Вырезая мысленно один «слой», лежащий на среднем диаметре ступени и разворачивая его на плоскость, получим плоский (двухмерный) поток в системе из двух решеток. Одна из этих решеток неподвижна, а другая движется с окружной скоростью u, определяемой выражением:

Для того чтобы характеризовать геометрию решетки турбинных лопаток задают ряд параметров, называемых геометрическими характеристиками решетки. К числу геометрических характеристик относятся (рис.6 и 7):

Ось решетки – ось АБ перпендикулярная оси вращения турбины.

Толщина профиля – диаметр наибольшей окружности, вписанной в профиль S.

Толщина кромки – толщины входнойS1 и выходнойS2 кромок профиля.

Форма профиля – это поперечное сечение лопатки. В настоящее время в турбинах используются заранее отобранные высоко эффективные стандартные профили. Поэтому форма профиля обычно задается его условным обозначением или маркой. При изменении размеров форма профиля остается неизменной, т.е. геометрическое подобие сохраняется. На рисунке 6 показаны формы профиля а) активного и б) реактивного типов турбинных лопаток.

Размеры лопаткихарактеризуются высотой лопатки ℓ и ходовой профиля в. Хордой называется максимальный размер профиля по направлению касательной к входной и выходной кромкам.

Положение лопатки в решетке характеризуется шагом t и углом установки βв. Шаг решетки t определяется расстоянием между двумя соответствующими точками соседних профилей. Угол установки βв определяется углам между хордой профиля и плоскостью вращения рабочего колеса турбин.

В качестве геометрических характеристик используется также относительные величины: относительный шаг и относительная высота лопаток :

Две решетки являются геометрически подобны, если они составлены из профилей одинаковой формы, имеют одинаковые относительный шаг, угол установки βв и относительную высоту лопаток.