Устройство активные и реактивные турбины

Паровая турбина представляет собой тепловой двигатель ротативного типа с непрерывным рабочим процессом и двукратным преобразованием тепловой энергии пара в механическую работу вращения вала. При истечении пара через специальные насадки (сопла) его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая передается па рабочие лопатки и преобразуется в меха­ническую работу вращения вала турбины.

Совокупность неподвижных насадок и рабочих лопаток, в ко­торых происходит двойное преобразование энергии пара, называетсяступенью турбины. Ступени турбины и сами турбины мо­гут быть активными или реактивными. Ступени, в которых рас­ширение пара происходит в соплах или в каналах между непод­вижными направляющими лопатками, называются активными. Давление пара перед и за лопатками в этом случае одинаково, поэтому ступени называют ступенями равного давления. Ступени, в которых расширение пара совершается в направляющих кана­лах и между рабочими лопатками, называются реактивными. Дав­ление в реактивной ступени перед рабочими лопатками больше, чем за ними, и поэтому их называют ступенями избыточного дав­ления.

Схема простейшей одноступенчатой активной турбины пока­зана на рис. 1, а. Свежий пар поступает в неподвижную насадку (сопло) 1 ив результате расширения преобразует свою потенци­альную энергию в кинетическую, приобретая большую скорость. Далее пар поступает в каналы рабочих лопаток 2 и в результате поворота струи возникает динамическое давление па лопатки, под действием которого вращается диск 3 и вал 4 турбины.

На рис. 1, б изображена схема действия центробежной силы частиц пара на рабочую лопатку активной ступени. Струя пара поступает на рабочую лопатку полукруглой формы со скоростью С₁. В канале между лопатками пар совершает криволинейное дви­жение и, изменяя направления движения, уходит со скоростью С₂.

Движение струи пара по криволинейному каналу лопаток со­провождается действием центробежных сил частиц пара на эту поверхность. Центробежные силы выделенных частиц пара а, б и в обозначены на рисунке векторами Р. Согласно законам меха­ники их можно разложить на составляющие: Р_а, направленные по оси турбины, и Р_и, направленные по направлению движения лопа­ток. При этом составляющие Р_а вследствие симметричной формы профиля лопаток взаимно уничтожаются, а составляющие Р_исуммируются и совершают работу перемещения лопатки.

В реактивных турбинах расширение пара происходит как пе­ред поступлением пара на рабочие лопатки, так и на самих рабо­чих лопатках, что достигается устройством сужающегося сечения каналов между рабочими лопатками. Изменение давления и ско­рости пара показаны на рис. 2, а.

Из графика видно, что в неподвижном аппарате 1 происходит расширение пара с изменением давления от р₀ до р₁, в каналах рабочих лопаток 2 — дополнительное расширение пара до давле­ния р₂. Это вызывает появление реактивной силы. Таким образом, на реактивную лопатку действуют две силы: центробежная и ре­активная.

На рис. 2, б показаны силы, действующие на рабочую лопатку реактивной турбины. Движущая лопатку сила Р равна сумме сил Р_акти Р_реакт, примерно равных по значению. Разность давлений р₁ и р₂ у входа и выхода из каналов рабочих лопаток создает до­бавочную силу Р_акс, которая действует на лопатку вдоль оси ро­тора и в сумме с равнодействующей силой Р дает результирую­щее усилие Р_рез. Направление результирующей силы не совпадает с направлением движения лопатки, и поэтому у реактивных тур­бин всегда имеется значительное осевое давление на ротор, кото­рое необходимо уравновешивать различными разгрузочными устройствами.