Коэффициенты турбинных решеток

Конструкции решеток определяются формой и углами установки профилей, их относительным шагом и зазором - между статором и ротором.

Каждой решетке соответствует своя форма полигона скоростей, а серии решеток - семейство подобных полигонов.

Каждая форма решетки будет обеспечивать определенные параметры работы турбины.

Варьируя углами наклона абсолютных и относительных скоростей при безударном режиме можно изменять как угодно форму полигона. Чаще изменяют не углы, а отношения строя полигона:

Эти отношения называются кинематическими коэффициентами
решеток.

Так, отношение осевой скорости к окружной при безударном режиме называется коэффициентом расхода. Действительно, подставляя значения этих скоростей, получим:

т.е. коэффициент расхода зависит от количества жидкости, протекающей через турбину в единицу времени, от ее размеров и числа оборотов.

С другой стороны, коэффициент расхода связан с конструктивными углами лопаток, его обратная величина

.

а б

Рисунок 8.14

На рисунке 8.14 видно, что рост коэффициента расхода сопровождается увеличением углов наклона профилей и наклона средне квадратных скоростей и

Для турбин турбобуров коэффициент расхода принимается равным 0,7¸ 1,3.

По коэффициенту расхода все решетки делят на следующие:

< 1 – малолитражные, или высокоскоростные;

> 1 – многолитражные, или низкоскоростные.

Рассмотрим отношение , обозначив его - коэффициент циркуляции.

Коэффициент циркуляции представляет собой отношение нижнего основания полигона к верхнему (рисунок 8.15).

Рисунок 8.15

а окружная скорость , токоэффициент циркуляции

.

Мощность, снимаемая с вала турбины, равна N = М , поэтому коэффициент циркуляции как бы дает характеристику мощности турбины при безударном режиме, а именно: если коэффициент циркуляции высокий, то мощность создается главным образом за счет момента М, а если низкий, то мощность создается за счет больших скоростей вращения .

В зависимости от величины коэффициента циркуляции турбины бывают: нормальные, высокоциркулятивные >1и низкоциркулятивные <1. В турбобурах применяются главным образом нормальные турбины.

Коэффициент циркуляции также можно выразить через конструктивные углы:

Коэффициенты активности и реактивности - это отношение проекций средневекторных абсолютной и относительной скорости к окружной скорости вращения турбины при безударном режиме:

Эти коэффициенты характеризуют разнообразие потока в статоре и роторе.

Величину можно найти по заданным углам профиля:

Принято называть решетки турбин при >0,5 активными, а при <0,5 - реактивными.

Если = 1, то это чисто активная турбина, а при = 0 - чисто реактивная.

Предположим, что турбина имеет = 0,5.

Ее полигон скоростей симметричный и профили лопаток статора являются зеркальным отображением профиля лопаток ротора:

Следовательно, С₁ = W₂ , С₂ – W₁.

Это означает, что жидкость движется в статоре и роторе с равными скоростями и, следовательно, износ лопаток одинаков и перепад давления в статоре равен перепаду давления в роторе:

р - перепад давления в ступени турбины.

При >0,5 - турбина активная. С увеличением коэффициента активности гидромеханические нагрузки (скорости и перепады давления) в статоре увеличиваются. При =1 весь перепад давления срабатывается в статоре р = р_СТ (перепад давления в роторе активной турбины отсутствует р = const).

В реактивных турбинах гидромеханическая нагрузка больше в роторе. Т.к. осевая сила за счет гидромеханической нагрузки в турбинах направлена в противоположную сторону действия осевых нагрузок при бурении скважин, то это создает более благоприятные условия работы опорной пяты турбобура.

Чисто реактивные турбины = 0 не имеют практического применения.

С увеличением коэффициента активности возрастает и коэффициент циркуляции (увеличивается основание полигона), лопатки статора становятся более пологими, а у ротора более изогнутыми. В турбобурах применяются преимущественно турбины нормальной циркуляции ( = 7), симметричные ( =0,5).