Преобразование кинетической энергии в механическую вращения ротора. Активные ступени, применяются во вспомогательных турбинах, турбинах высокого давления, в качестве первых ступеней турбин низкого давления. Активный профиль - симметричный относительно текущей плоскости, параллельной плоскости диска. В активной ступени, можно срабатывать больший теплоперепад чем в реактивной ступени, следовательно требуется меньшее кол-во ступеней – меньше габариты.
Основное преобразование энергии происходит в каналах проточной части ступени (ПЧ): сопловых неподвижных, расположенных в диафрагме ступени, и рабочих вращающихся, расположенных на диске. Рассмотрим процесс расширения пара в ступени в - диаграмме (рис. 1.6.)., h-s
Рис. 1.6. Процесс расширения пара в решетках ступени в h, s -диаграмме
Установленные на диске рабочие лопатки образуют рабочую решетку и вращаются вместе с диском с угловой скоростью. Таким образом, окружная скорость рабочей решетки составляет u=d πω (где d – диаметр ступени). Выходящий из сопловой решетки со скоростью поток пара направляется в рабочую решетку, по отношению к которой обладает относительной скоростью. w1 Последняя определяется как разность векторов с1 иu и (рис. 1.7) и составляет уголβ1 с направлением окружной скорости u.
Рис. 1.7. Профили сопловой и рабочей решеток; треугольники скоростей ступеней активного типа.
Давление пара уменьшается в каждой ступени немного. В активных ступенях это снижение давления осуществляется в сопловых лопатках.На рис. 1.8 показано распределение вдоль оси турбины давления и крутящего момента на валу.
Крутящий момент на валу от ступени к ступени увеличивается за счет суммирования крутящих моментов, создаваемых паровым потоком в каждой ступени. Через правый конец вала от турбины к приводимой машине передается мощность, определяемая моментом Мт на валу и угловой скоростью ротора ω.
Рис. 1.8. Схема проточной части турбины и распределение вдоль оси турбины давления и крутящего момента
Реактивная ступень.
Реактивная турбина — турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела (напор жидкости, теплоперепад газа или пара) в каналах, образованных лопатками ротора и в которой большая часть потенциальной энергии рабочего тела преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса, как правило, имеющих конфигурацию реактивного сопла. Почти все турбины одновременно являются в какой-то степени и активными, и реактивными, то есть давление рабочего тела на лопатки обеспечивается как его кинетической энергией, так и за счет его расширения, но соотношение активной и реактивной составляющей у разных турбин отличается друг от друга. Принято называть реактивными лишь те турбины, в которых по реактивному принципу в механическую работу переходит не менее 50 % всей преобразованной потенциальной энергии рабочего тела.
Поворот и ускорение струи пара в криволинейных каналах рабочей решетки происходят под влиянием следующих усилий, действующих на паровую струю: во-первых, струя пара испытывает реактивное усилие стенок канала, образованного рабочими лопатками; во-вторых, пар, заполняющий канал, испытывает разность давлений p 1− p 2при входе в канал и выходе из него(рис 1.10.) Если обозначить через R ′ равнодействующую тех усилий, с которыми лопатки действуют на паровую струю, то струя пара развивает на лопатках усилие R, равное, но прямо противоположное усилию R ′(рис. 1.9.)
Рис. 1.9. К выводу уравнений окружного и осевого усилий на рабочую лопатку.
Рис. 1.10. h - s диаграмма реактивной ступени
Рис. 1.11. Схема проточной части реактивной многоступенчатой турбины
Если многоступенчатая турбина составляется из реактивных ступеней, то сопловые лопатки располагаются непосредственно в корпусе турбины (рис. 1.11.). Применение в этом случае диафрагменной конструкции привело бы к большим осевым усилиям на диски ротора и затруднило бы уравновешивание этих усилий на роторе, в особенности в условиях переменного режима работы турбины и износа диафрагменных уплотнений и уплотнений рабочих лопаток.
Второй отличительной особенностью турбин реактивного типа является увеличение числа ступеней по сравнению с турбинами активного типа при одинаковом располагаемом теплоперепаде H 0
При большом числе ступеней в турбине конструктивно не удается разместить их в одном корпусе. Поэтому современные конденсационные турбины большой мощности выполняют в нескольких корпусах.
Классификация турбин.
По назначению – главная турбина или вспомогательная турбина.
По направлению движения потока пара различают осевые паровые турбины(поток вдоль оси)(рис.1.12.), радиальные (перпендикулярно)(рис.1.13.).
Рис.1.12. Схема одноступенчатой осевой турбины:
1 - вал;
2 - подшипник;
3 - диск;
4 - рабочие лопатки;
5 - решетка сопловых лопаток;
6 - корпус турбины.
Рис.1.13. Схема радиальной центростремительной турбины.
По числу корпусов однокорпусные(многокорпусные). Многокорпусная турбина позволяет использовать большие располагаемые тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней давления, применить высококачественные материалы в частях высокого давления и раздвоение потока пара в частях среднего и низкого давления. Многокорпусные турбины используются в мощных паротурбинных установках.
По числу валов различают одновальные, у которых валы всех корпусов находятся на одной оси, и двух, состоящие из двух параллельно размещенных одновальных паровых, связанных общностью теплового процесса.
По числу ступеней: одноступенчатые - с одной или несколькими ступенями скорости, эти турбины (обычно небольшой мощности) для привода центробежных насосов, вентиляторов. Многоступенчатые турбины активного и реактивного типов малой, средней и большой мощности.
По принципу парораспределения:
- с дроссельным парораспределением, свежий пар поступает через один (несколько) одновременно открывающихся клапанов.
- с сопловым парораспределением, свежий пар поступает через два или несколько последовательно открывающихся регулирующих клапанов.
- с обводным парораспределением, кроме подвода свежего пара к соплам первой ступени, имеется подвод свежего пара к одной, двум промежуточным ступеням.
По принципу действий пара:
- активные турбины, потенциальная энергия пара превращается в кинетическую в каналах между неподвижными лопатками или в соплах, а на рабочих лопатках кинетическая энергия пара превращается в механическую работу. Только осевые.
- реактивные, расширение пара в направляющих и рабочих каналах каждой ступени происходит примерно в одинаковой степени. Как осевые, так и радиальные.
По характеру теплового процесса:
а) конденсационные турбины с регенерацией - основной поток пара при давлении ниже атмосферного направляется в конденсатор. Скрытая теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации отработавшего пара, у данного типа турбин полностью теряется, то для уменьшения этой потери из промежуточных ступеней турбины осуществляется частичный, нерегулируемый по давлению отбор пара для подогрева питательной воды, количество таких отборов бывает от 2—3 до 8—9.
б) теплофикационные турбины с одним или двумя регулируемыми (по давлению) отборами пара из промежуточных ступеней для производственных и отопительных целей при частичном пропуске пара в конденсатор. Предназначены для выработки теплоты и электрической энергии. Турбина может иметь отопительный отбор для отопления зданий, производственный отбор для технологических нужд
в) турбины с противодавлением, тепло отработавшего пара которых используется для отопительных или производственных целей. В ней пар из последней ступени направляется не в конденсатор, а производственному потребителю.
г) предвключенные турбины (это также турбины с противодавлением), их отработавший пар используется для работы в турбинах среднего давления. Такие турбины обычно работают при высоких параметрах свежего пара и применяются при надстройке электростанций средних параметров с целью повышения экономичности.
д) турбины с противодавлением и регулируемым по давлению отбором пара из промежуточной ступени. Назначение такой турбины - производство пара заданного давления (в пределах 0,3-3 Мпа).
е) турбины мятого пара, использующие для выработки электроэнергии отработавший пар молотов, прессов и паровых поршневых машин.
Отбор пара - количество пара, которое отдается турбиной для внешнего теплового потребления, т.е. сверх расхода на регенеративный подогрев питательной воды.
По параметрам свежего пара:
- турбины среднего давления, с давлением 34,3 бар и температурой 435°С;
- турбины повышенного давления, с давлением 88 бар и температурой 535°С;
- турбины высокого давления, с давлением 127,5 бар и температурой 565°С
- турбины сверхкритических параметров, работающие на свежем паре с давлением 235,5 бар и температурой 560°С с промежуточным перегревом пара до температуры 565°С;
