Для снижения частоты вращения и окружной скорости с одновременным сохранением (при большом теплоперепаде) высокого КПД в настоящее время строят многоступенчатые турбины со ступенями давления, ступенями скорости и комбинированные.
Принцип действия многоступенчатой турбины со ступенями давления заключается в том, что расширение пара, подводимого к турбине, от начального до конечного значения давления происходит в ряде последовательно расположенных ступеней.
В каждой из них используется небольшой перепад тепла и давления. На рисунке выше показана активная турбина с тремя ступенями давления. Корпус 5 разделен диафрагмами на три самостоятельные камеры. На валу 1 на шпонках жестко закреплены три диска 2, 3 и 4, имеющих рабочие лопатки 6, 8 и 10. Вал турбины вращается в опорных подшипниках, которые установлены на фундаменте турбины (на чертеже не показаны). При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 подводится к соплам 11 первой ступени, которые расположены в передней стенке корпуса. В соплах первой ступени пар расширяется, в результате давление его падает до значения Р1 а скорость возрастает до значения С1. Размеры и форма сопел 11 принимаются такими, чтобы в них происходило только частичное расширение подводимого пара. Попадая на рабочие лопатки 10, пар отдает им свою кинетическую энергию, в результате чего скорость его падает до значения С2. В связи с тем, что расширения пара на лопатках 10 не происходит, давление его по обе стороны диска остается одинаковым и в сопла 9 второй ступени пар поступает с параметрами Р1 и С2. В соплах второй ступени пар вновь расширяется от давления Р1 до давления Р2, и, поступая на рабочие лопатки 8, отдает им свою кинетическую энергию. Аналогичный процесс протекает и в третьей ступени. Пар в сопла 7 поступает с давлением Р1 и скоростью С2 и, расширяясь в них до давления Р2, приобретает скорость С1. Поступая на рабочие лопатки 6 диска третьей ступени, пар отдает им свою кинетическую энергию и со скоростью С2 через паровыпускной патрубок направляется в конденсатор.
Как видно из диаграммы, расширение пара от давления Р0 до давления Р2 осуществляется в три приема (ступени). Увеличение скорости пара в соплах и снижение ее на рабочих лопатках в каждой ступени примерно одинаковы. В связи с тем, что при расширении пара объем его возрастает, высота сопел и лопаток каждой следующей ступени (по ходу пара) увеличивается.
Многоступенчатые активные турбины со ступенями давления имеют высокий КПД при умеренных частотах вращения и широко используются в качестве главных судовых турбин на судах морского флота.
Турбины со ступенями давления подразделяются на активные и реактивные.
Турбины, состоящие только из реактивных ступеней, сейчас практически не строят, так как при высоких начальных параметрах пара в первых ступенях турбины с короткими лопатками и относительно большими радиальными зазорами (по сравнению с высотой лопаток) возникают большие потери, что значительно снижает КПД турбины. Широкое распространение на судах в качестве двигателей для привода вспомогательных механизмов и в качестве турбин заднего хода получили многовенечные активные турбины со ступенями скорости. Принцип их действия заключается в том, что скорость (а следовательно, и кинетическая энергия), приобретенная паром при полном его расширении в соплах (до давления выпуска из турбины) используется на нескольких рядах рабочих лопаток, отделенных друг от друга направляющими лопатками.
На рисунке выше показана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. В опорных подшипниках корпуса 4 вращается вал, на который жестко (на шпонке) насажен диск 5 с двумя ступенями скорости. Его называют двухвенечным диском Кертиса (по имени инженера, сконструировавшего эту турбину). Между двумя венцами рабочих лопаток в корпусе турбины 4 неподвижно устанавливается один ряд направляющих лопаток 2. Профиль рабочих и направляющих лопаток одинаков, но последние выгнуты в обратную сторону.
При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 поступает в сопла 6, расположенные в передней стенке турбины, где полностью расширяется до давления Р1. Скорость пара возрастает до величины С1. Попадая на первый ряд рабочих лопаток 1, пар отдает часть своей кинетической энергии, в результате чего скорость его падает до величины С2. С этой скоростью пар поступает на направляющие лопатки. Поскольку они неподвижны, работа на них не совершается и пар не расширяется (давление его не изменяется), а скорость его несколько уменьшается от С2 до С1 (из-за потерь на трение). Направляющие лопатки служат только для поворота струи пара (для подведения ее под нужным углом к следующему ряду рабочих лопаток). Попадая на второй ряд рабочих лопаток 3, пар отдает им свою кинетическую энергию, скорость его снижается с С2 до С1 и он по отводящему патрубку уходит в конденсатор. Давление пара на выходе из турбины Р2 равно давлению пара на выходе из сопел 4 (Р1 = Р2).
Встречаются колеса турбины с двумя, тремя и четырьмя ступенями скорости, но наиболее распространены двухвенечные диски Кертиса.
Турбины со ступенями скорости просты по устройству, имеют сравнительно малые массу, габариты и небольшую стоимость. Главный их недостаток — низкая экономичность при использовании в области низких давлений. Эффективный КПД турбины с двумя ступенями скорости составляет 0,55—0,65.
Наиболее часто диск с двумя ступенями скорости используют в качестве первой регулировочной ступени в турбинах высокого давления. Это уменьшает габариты и массу турбины, так как один двухвенечный диск заменяет в работе четыре одновенечных диска. Кроме того, двухвенечная регулировочная ступень обеспечивает устойчивый КПД турбины при изменении режимов ее работы.
Принцип действия многоступенчатой турбины со ступенями давления заключается в том, что расширение пара, подводимого к турбине, от начального до конечного значения давления происходит в ряде последовательно расположенных ступеней.
В каждой из них используется небольшой перепад тепла и давления. На рисунке выше показана активная турбина с тремя ступенями давления. Корпус 5 разделен диафрагмами на три самостоятельные камеры. На валу 1 на шпонках жестко закреплены три диска 2, 3 и 4, имеющих рабочие лопатки 6, 8 и 10. Вал турбины вращается в опорных подшипниках, которые установлены на фундаменте турбины (на чертеже не показаны). При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 подводится к соплам 11 первой ступени, которые расположены в передней стенке корпуса. В соплах первой ступени пар расширяется, в результате давление его падает до значения Р1 а скорость возрастает до значения С1. Размеры и форма сопел 11 принимаются такими, чтобы в них происходило только частичное расширение подводимого пара. Попадая на рабочие лопатки 10, пар отдает им свою кинетическую энергию, в результате чего скорость его падает до значения С2. В связи с тем, что расширения пара на лопатках 10 не происходит, давление его по обе стороны диска остается одинаковым и в сопла 9 второй ступени пар поступает с параметрами Р1 и С2. В соплах второй ступени пар вновь расширяется от давления Р1 до давления Р2, и, поступая на рабочие лопатки 8, отдает им свою кинетическую энергию. Аналогичный процесс протекает и в третьей ступени. Пар в сопла 7 поступает с давлением Р1 и скоростью С2 и, расширяясь в них до давления Р2, приобретает скорость С1. Поступая на рабочие лопатки 6 диска третьей ступени, пар отдает им свою кинетическую энергию и со скоростью С2 через паровыпускной патрубок направляется в конденсатор.
Как видно из диаграммы, расширение пара от давления Р0 до давления Р2 осуществляется в три приема (ступени). Увеличение скорости пара в соплах и снижение ее на рабочих лопатках в каждой ступени примерно одинаковы. В связи с тем, что при расширении пара объем его возрастает, высота сопел и лопаток каждой следующей ступени (по ходу пара) увеличивается.
Многоступенчатые активные турбины со ступенями давления имеют высокий КПД при умеренных частотах вращения и широко используются в качестве главных судовых турбин на судах морского флота.
Турбины со ступенями давления подразделяются на активные и реактивные.
Турбины, состоящие только из реактивных ступеней, сейчас практически не строят, так как при высоких начальных параметрах пара в первых ступенях турбины с короткими лопатками и относительно большими радиальными зазорами (по сравнению с высотой лопаток) возникают большие потери, что значительно снижает КПД турбины. Широкое распространение на судах в качестве двигателей для привода вспомогательных механизмов и в качестве турбин заднего хода получили многовенечные активные турбины со ступенями скорости. Принцип их действия заключается в том, что скорость (а следовательно, и кинетическая энергия), приобретенная паром при полном его расширении в соплах (до давления выпуска из турбины) используется на нескольких рядах рабочих лопаток, отделенных друг от друга направляющими лопатками.
На рисунке выше показана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. В опорных подшипниках корпуса 4 вращается вал, на который жестко (на шпонке) насажен диск 5 с двумя ступенями скорости. Его называют двухвенечным диском Кертиса (по имени инженера, сконструировавшего эту турбину). Между двумя венцами рабочих лопаток в корпусе турбины 4 неподвижно устанавливается один ряд направляющих лопаток 2. Профиль рабочих и направляющих лопаток одинаков, но последние выгнуты в обратную сторону.
При работе турбины свежий пар с давлением Р0 и скоростью С0 поступает в сопла 6, расположенные в передней стенке турбины, где полностью расширяется до давления Р1. Скорость пара возрастает до величины С1. Попадая на первый ряд рабочих лопаток 1, пар отдает часть своей кинетической энергии, в результате чего скорость его падает до величины С2. С этой скоростью пар поступает на направляющие лопатки. Поскольку они неподвижны, работа на них не совершается и пар не расширяется (давление его не изменяется), а скорость его несколько уменьшается от С2 до С1 (из-за потерь на трение). Направляющие лопатки служат только для поворота струи пара (для подведения ее под нужным углом к следующему ряду рабочих лопаток). Попадая на второй ряд рабочих лопаток 3, пар отдает им свою кинетическую энергию, скорость его снижается с С2 до С1 и он по отводящему патрубку уходит в конденсатор. Давление пара на выходе из турбины Р2 равно давлению пара на выходе из сопел 4 (Р1 = Р2).
Встречаются колеса турбины с двумя, тремя и четырьмя ступенями скорости, но наиболее распространены двухвенечные диски Кертиса.
Турбины со ступенями скорости просты по устройству, имеют сравнительно малые массу, габариты и небольшую стоимость. Главный их недостаток — низкая экономичность при использовании в области низких давлений. Эффективный КПД турбины с двумя ступенями скорости составляет 0,55—0,65.
Наиболее часто диск с двумя ступенями скорости используют в качестве первой регулировочной ступени в турбинах высокого давления. Это уменьшает габариты и массу турбины, так как один двухвенечный диск заменяет в работе четыре одновенечных диска. Кроме того, двухвенечная регулировочная ступень обеспечивает устойчивый КПД турбины при изменении режимов ее работы.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Примечание. Отправлять комментарии могут только участники этого блога.