Потери от утечек. Лабиринтовые уплотнения

Потери от утечек рабочего тела связанны с протечками через зазоры помимо сопловых и рабочих лопаток. Эти протечки не совершают полезной работы в ступени, поэтому энергия пара или газа протечки является потерянной для ступени. Потери от утечек имеют место как в ступени, так и в турбине в целом.

Рисунок 41 - Схема протечек в турбинной ступени

Протечки ступени – это потоки через зазоры: между диафрагмой и валом G_у (рис.41); между бандажом рабочих лопаток и статором (диафрагмой или корпусом) G_б; между диафрагмой и диском у корня рабочих лопаток G_к, а также через разгрузочные отверстия G_отв. Также протечки могут возникать из-за недостатков конструкции в различных стыках между деталями.

Для уменьшения протечек через зазоры между статором и ротором турбины применяются лабиринтовые уплотнения, представляющие собой последовательный ряд сужений для потока протечки.

Лабиринтовые уплотнения различают ступенчатого (а) или прямоточного (б) типов (рис.42).

Здесь сужения (щели) образованы гребешками, расположенными на статоре, и поверхностью ротора. В ступенчатом уплотнении щели располагаются на выступе и впадине ротора, в прямоточном уплотнении гладкий ротор не имеет выступов и впадин. Для исключения возможности местного разогрева ротора и его искривления при задеваниях в лабиринтовых уплотнениях часто гребешки располагаются на роторе, выступы и впадины – на статорных деталях.

Рисунок 42 - Схемы лабиринтовых уплотнений ступенчатого (а) и прямоточного (б) типов

В щели поток ускоряется до сравнительно большой скорости, в камере за щелью уплотнения ступенчатого типа он тормозится практически до нулевой скорости. Торможение в камере идет без восстановления механической энергии, изобарически, с полной диссипацией кинетической энергии потока, которая расходуется на нагрев пара в камере. Давление в камере устанавливается ниже давления перед щелью. В следующих щелях и камерах процессы повторяются (рис.43). Таким образом, давление от камеры к камере по потоку уменьшается, а энтальпия пара во всех камерах остается неизменной, так как теплота от пара в уплотнении не отводится.

При больших температурных удлинениях ротора относительно статора в месте расположения уплотнения приходится отказываться от ступенчатого типа уплотнения, так как в этом случае расстояния между гребнями этого уплотнения становятся очень большими, и заменять его более компактным уплотнением прямоточного типа. Течение пара в прямоточном уплотнении отличается тем, что в камерах между гребнями поток тормозится не полностью. Кинетическая энергия струи пара из предыдущей щели только частично переходит в теплоту в результате неполного торможения, другая часть её расходуется на ускорение потока в последующей щели. Поэтому расход пара через щель прямоточного уплотнения существенно больше, чем для ступенчатого.

Рисунок 43 - Лабиринтовое уплотнение: 1 – сегмент уплотнения;

2 – гребешки; 3 – участок вала; 4 – расширительная камера