Два принципа работы турбины

До сих пор при рассмотрении работы проточной части турбины мы всегда предполагали, что расширение пара происходит только в соплах или направляющих лопатках. Теперь рассмотрим случай, когда расширение пара в соплах не заканчивается, т. е. давление пара за соплом устанавливается больше, чем должно быть за ступенью. Это может быть, например, в том случае, если каналы, образованные рабочими лопатками, почему-либо сделаны не-достаточного сечения. Тогда пар только под влиянием при-обретенной им в соплах скорости пройти через лопатки не успевает, образуется как бы затор, препятствие проходу пара, и в результате давление перед рабочими лопатками, а это все равно, что давление после сопла, увеличивается. Это уменьшение давления продолжается до тех пор, пока по обе стороны рабочих лопаток не образуется достаточная разность давлений, при которой пар сможет полностью проходить.

Но если давление за рабочей лопаткой стало меньше, чем до нее, то это значит, что по мере прохода пара через каналы рабочих лопаток его давление падает, т. е. что пар в »тих каналах расширяется. Следовательно, часть потенциальной энергии пара перешла в кинетическую в соплах, часть же — непосредственно на рабочих лопатках.

Турбины или отдельные их ступени, работающие по такому принципу, называются реактивными. Работающие по рассмотренному ранее принципу, когда все расширение пара ‘заканчивается в соплах,— активные турбины.
Название«реактивные»несколько неточно, потому что в чисто реактив¬ной турбине весь перепад должен срабатываться только на рабочих, т. е. подвижных лопатках. Настоящим реактивным двигателем является ракета или сегнерово колесо, упомянутое нами в связи с турбинами Лаваля. Реактивным двигателем был и шар Герона. В турбинах же такой чисто реактивный принцип по ряду соображений не применяется, и реактивными ступенями или турбинами называются такие, в которых расширение пара делится примерно поровну между соплами и рабочими лопатками.

Форма реактивных лопаток отличается от формы активных, что вызвано отличием условий работы. Пар из предыдущей ступени входит в направляющие лопатки со скоростью с0. Проходя по ним, он расширяется от давления рг до р’, т. е. до давления перед рабочей лопаткой, и приобретает при этом скорость с1. На рабочих лопатках давление пара падает дальше до р2, а скорость уменьшается до с2.

Одной из особенностей реактивных турбин является то, что давление по обе стороны рабочей лопатки у них разное. Поэтому на каждую лопатку в осевом направлении действует сила, равная произведению разности этих давлений на площадь лопатки. Все эти силы передаются на ро¬тор и в сумме дают силу, стремящуюся сдвинуть его в на¬правлении оси турбины, по ходу пара. Эти силы вместе с, некоторыми другими, также вызывающими осевое усилие, очень велики и достигают десятков, а иногда и сотен тонн. Для уменьшения их служат специальные разгрузочные устройства, являющиеся характерной особенностью реактивных турбин.
Ввиду большого числа ступеней лопатки реактивных турбин обычно набираются не в отдельные диски, а на общий барабан. Диафрагмы у реактивных турбин отсутствуют, их роль выполняют направляющие лопатки, аналогичные рабочим, но укрепленные в цилиндре.

Наивыгоднейшее отношение скоростей — у реактивных турбин значительно больше, чем у активных, и составляет 0,9—0,95. Но так как экономичность почти не падает при некотором уменьшении этого отношения, то обычно при-меняются меньшие значения, в среднем 0,6—0,7. Это вы¬годно потому, что чем меньше —, тем большую скорость пара сг можно использовать в одной ступени, тем меньше потребуется ступеней в турбине, а турбина, следовательно, получится короче, проще и дешевле.

Проточная часть реактивной турбины в среднем работает при меньших скоростях пара, чем активной, что обусловливает несколько меньшие потери. Однако дополни-тельные потери другого рода, которых нет в активных турбинах, снижают ее экономичность и в настоящее время можно считать, что экономичность активных и реактивных турбин примерно одинакова.

Изобретателем реактивной турбины был англичанин Чарльз Парсонс. Он был сыном крупного ученого астронома Росса, известного своими открытиями в области астрономии и построившего величайший в то время телескоп- рефлектор. Деятельность Ч. Парсонса была чрезвычайно целеустремленна, и он почти не отклонялся от своих работ по паровым турбинам. Первую турбину мощностью всего 4 кВт Парсонс построил в 1884 г. Турбина предназначалась для привода динамомашины. Успех турбин Парсонса был настолько велик и усовершенствования их велись на¬столько быстро, что уже в 1899 г. Парсонс получил заказ на постройку двух турбин мощностью по 1000 кВт для электростанции в г. Эльберфельде (Германия). Хорошие результаты испытания этих турбин способствовали их широкому распространению.

Турбины Парсонса сыграли большую роль в признании турбин как основного двигателя для электростанций. С тех пор оборудование электростанций турбинами пошло весьма быстро.

Велика роль Парсонса также в создании судовых турбин. Построенное им небольшое опытное судно «Турбиния» достигало скорости 60 километров в час, совершенно не-слыханной в то время. Это способствовало широкому применению турбин как двигателей на пассажирских и воен¬ных быстроходных судах. В дальнейшем деятельность 11арсонса была направлена главным образом на развитие именно судовых турбин.

Парсонс раньше Рато построил пригодную для промышленного использования турбину, значительно превосходившую по своим эксплуатационным показателям турбины Лаваля. Турбины Парсонса имели уже все основные черты современных турбин. Им же были предложены лабиринтные уплотнения, разгрузочные устройства и много других конструктивных решений, применяемых и в настоящее время.

Ввиду значительно большего числа ступеней у реактивных турбин, что усложняет их изготовление, более распространены активные турбины. В частности, в СССР строятся почти исключительно активные турбины. Распространены также комбинированные турбины — первые ступени активные и следующие реактивные.
Заметим, что все изобретатели работали в первую очередь над главной и наиболее трудной задачей — понижением числа оборотов турбины при условии ее экономичной работы. Решение Лаваля было наименее совершенным, так как приводило к работе с очень большими скоростями потребовало зубчатой передачи для снижения числа оборотов. Рато, Парсонс и Кертис, а также Целли решил задачу более экономичной работы без зубчатой передачи. Одновременно каждый из них, а также другие деятели ран¬ней стадии турбостроения вносили свой вклад и в разрешение многих других сложных вопросов создания рациональной конструкции турбины.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

14 − 3 =