Двухвенечная ступень

В рассмотренной выше активной ступени при оптимальном отношении скоростей U/C_ф перерабатываются сравнительно небольшие теплоперепады (Н₀=30÷100 кДж/кг). Ограничение перерабатываемого теплоперепада обусловлено допустимыми окружными скоростями рабочих лопаток, условиями прочности диска и технологией изготовления ротора турбины.

Для того, чтобы при заданном значении окружной скорости перерабатывать большие теплоперепады, необходимо уменьшать значение U/C_ф, при котором работает ступень, т.е. увеличивать . При этом в обычной ступени, называемой одновенечной, будут иметь место большие потери энергии с выходной скоростью . Чтобы уменьшить эти потери за рабочими лопатками ступени, работающей при малых U/C_ф, устанавливают направляющие лопатки, с помощью которых выходящий из рабочих лопаток поток поворачивается и направляется под необходимым углом во второй ряд. Во втором ряде рабочих лопаток производится дополнительное преобразование части кинетической энергии выходной скорости потока из первого ряда рабочих лопаток в механическую энергию вращения ротора. Таким образом, получают разновидность ступени, в которой при одном ряде сопловых лопаток устанавливаются два ряда рабочих лопаток и один ряд направляющих неподвижных лопаток. Такая ступень называется двухвенечной (рис.32). В направляющих лопатках ступени поток, в отличие от сопловых лопаток, претерпевает только изменение направления без сколько-нибудь значительного ускорения, т.е. в них не срабатывается существенного теплоперепада. Поэтому профиль направляющих лопаток сходен с профилем рабочих лопаток. Очевидно, что направляющие лопатки должны быть выполнены таким образом, чтобы направление их выходных кромок соответствовало направлению вектора выходной скорости.

Рисунок 32 - Проточная часть, профили лопаток и треугольники скоростей

двухвенечной ступени

Рисунок 33 - Треугольники скоростей двухвенечной ступени

Для двухвенечной ступени треугольники скоростей строятся аналогично одновенечной (из одного полюса) (рис.33).

Построив треугольники скоростей, видно, что пар покидает второй ряд рабочих лопаток со скоростью, значительно меньшей, чем на выходе из рабочих лопаток первого ряда. Таким образом, потери с выходной скоростью в двухвенечной ступени невелики. Следовательно, в двухвенечной ступени перерабатывается большой теплоперепад при умеренных окружных скоростях и при малых , т.е. с относительно высоким КПД. Аналогично одновенечной ступени для двухвенечной можно определить все показатели: усилия на рабочих лопатках, удельную работу ступени, относительный лопаточный КПД, потери.

Оптимальное отношение скоростей: ,

где m – число венечных ступеней.

Таким образом, чем больше ступеней, тем ниже оптимальное соотношение, т.е. выше срабатываемый теплоперепад.

Однако одновенечной ступени всегда выше многовенечных ступеней по следующим причинам:

1) увеличиваются потери энергии в рабочих лопатках первого ряда из-за существенного повышения скоростей и ;

2) добавляются потери энергии в направляющих и рабочих лопатках второго ряда, а для трехвенечной – дополнительно во втором ряду направляющих и третьем ряду рабочих лопаток.

Поэтому многовенечные ступени применяют в качестве регулирующих ступеней, в которых перерабатывается большой теплоперепад, а также в тех случаях, когда требуется выполнить турбину дешевой и с малой металлоемкостью.