Активная турбинная ступень

В реактивной турбине (рис. 44) свежий пар с начальными параметрами: , , и абсолютной скоростью , подводится к направляющему аппарату (сечение 0). В сужающихся каналах направляющего аппарата происходит расширение пара, в результате чего на выходе из него (сечение 1) скорость потока пара увеличивается до значения , а его давление снижается до значения . С этой скоростью пар поступает к рабочим лопаткам турбины. В реактивной турбине рабочие лопатки образуют сужающиеся каналы, в результате чего в них происходит дальнейшее расширение пара. При этом на выходе из лопаток (сечение 2) давление пара снижается до величины , а скорость потока пара – до значения . При обтекании потоком пара рабочих лопаток и повороте потока на рабочих лопатках возникает сила, направленная от вогнутой поверхности лопатки к выпуклой. Вместе с тем, при расширении и ускорении потока пара, в каналах рабочих лопаток возникает дополнительная реактивная сила, воздействующая на них в том же направлении. Суммарное усилие, действующее на рабочие лопатки, передается валу турбины и создает на нем крутящий момент. Ротор турбины приходит во вращение, при этом рабочие лопатки на среднем диаметре движутся с окружной скоростью .

Теоретический процесс расширения пара в реактивной турбине протекает изоэнтропно и изображается на диаграмме в виде вертикальной линии (рис. 44). Линия на диаграмме изображает теоретический процесс расширения пара в каналах направляющего аппарата. При расширении пара в направляющем аппарате срабатывается теплоперепад – . Фактически процесс расширения пара в направляющем аппарате протекает по линии , а точка характеризует действительные параметры пара на выходе из направляющего аппарата. Точка отстоит от теоретической на величину потерь – . Дальнейший процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток начинается из точки , и при изоэнтропийном расширении выглядит как вертикальная линия . При расширении пара в каналах рабочих лопаток срабатывается теплоперепад . Фактически процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток протекает по линии , а точка характеризует действительные параметры пара за выходной кромкой рабочих лопаток. Точка отстоит от теоретической на величину потерь – . По аналогии с активной турбиной, в реактивной также имеют место потери с выходной скоростью – , при этом действительные параметры пара за реактивной турбиной описываются состоянием рабочего тела в точке .

В отличие от активной, в реактивной турбине весь располагаемый теплоперепад – срабатывается частично в направляющем аппарате – , частично на рабочих лопатках – .

Степенью реактивности турбинной ступени – называется отношение величины изоэнтропийного теплоперепада на рабочих лопатках к сумме располагаемых изоэнтропийных теплоперепадов на направляющих и рабочих лопатках, которая примерно равна располагаемому теплоперепаду всей турбинной ступени:

Таким образом, чем больше степень расширения пара в каналах рабочих лопаток, тем больше степень реактивности турбинной ступени:

– для чисто активных турбин (расширение пара происходит только в сопловом (направляющем) аппарате: ; );

– для чисто реактивных степеней (расширение пара происходит в равной степени в направляющем аппарате и рабочих лопатках: ).

В настоящее время в турбостроении чисто активные ступени не применяются ввиду сложности подвода пара к рабочим лопаткам (пар должен поступать перпендикулярно плоскости лопаток). В действительности активные турбины всегда имеют некоторую степень реактивности – , что позволяет снизить величину потерь энергии в турбинной ступени. Поэтому когда речь идет об активных и реактивных турбинах, в большей степени имеют ввиду конструктивные отличия в исполнении проточных частей этих типов паровых турбин.