Усилия, действующие на рабочие лопатки

Аэродинамические силы, действующие на рабочие лопатки при обтекании их рабочим телом, возникают вследствие поворота потока в каналах и его ускорения. Эти силы по своей природе являются аэродинамическими. Для их определения рассмотрим поток в рабочих лопатках, из которых выделим условно одну из них (рис.28).

Рисунок 28 - Схема потока пара в рабочей решетке

Со стороны лопаток на поток действует сила реакции , а со стороны потока – силы давления на поверхности. Эти силы давления справа и слева от лопатки равны по значению и противоположны по направлению и поэтому взаимно уравновешиваются.

На основании закона механики импульс сил, действующих на выделенную часть потока, равен изменению количества движения рабочего тела, протекающего через контур.

,

где - поверхность рабочего тела.

Опустив вывод, запишем основное уравнение для определения окружного усилия, действующего со стороны потока рабочего тела на рабочие лопатки турбинной ступени:

,

где ; G – расход; m - масса потока; t - время.

Направление окружного усилия R_u совпадает с направлением окружной скорости рабочих лопаток U. Поэтому окружное усилие определяет работу, совершаемую потоком на рабочих лопатках и, следовательно, на роторе турбины.

Основное уравнение для определения осевого усилия, действующего со стороны потока рабочего тела на рабочие лопатки турбинной ступени:

.

Это осевая составляющая усилия направлена перпендикулярно вектору окружной скорости и, следовательно, не производит работы. Однако составляющая должна быть учтена при расчете осевых усилий, воспринимаемых упорным подшипником ротора турбины.