Активная ступень.

В активной ступени теплоперепад преобразовывается в соплах в кинетическую энергию. На рабочих лопатках происходит лишь преобразование кинетической энергии в механическую работу. Усилие на рабочие лопатки передается только за счет поворота потока пара. Давление парового потока на входе и выходе рабочих лопаток в активной ступени не меняется (Р₁ = Р₂).

Паровой поток на выходе из сопловых каналов с абсолютной скоростью под углом α₁ к плоскости вращения поступает в каналы рабочих лопаток. Вследствие вращения рабочих лопаток скорость потока на входе в рабочую решетку С₁ приобретает другую величину и направление. Эта скорость называется относительной скоростью на входе W₁. эта скорость направлена к плоскости вращения под углом β₁.

По теореме косинусов найдем:.

По теореме синусов найдем β₁: .

U – окружная скорость движения лопаток.

Струя пара покидает рабочие лопатки с относительной скоростью W₂ под углом β₂. β₂< β₁ на 2…10º. Вследствие потерь в лопаточных каналах W₂<W₁: W₂ = ψW₁. ψ – коэффициент скорости раб. лопаток, учитывающий влияние вредных сопротивлений движению потока.

Абсолютная скорость С₂ и угол α₂ можно определить из выходного треугольника скоростей: ..

Потерю энергии на рабочих лопатках можно определить как .

Данная потеря приводит к повышению энтальпии пара и откладывается вверх. Скорость C₂ и, соответственно, кинетическая энергия пара для данной ступени является потерей с выходной скоростью: кДж/кг. Но часть этой энергии может быть использована в следующей ступени. Изобразим процесс расширения пара в активной ступени.

где χ_в.с – доля кинетической энергии, используемой в следующей ступени.

Точки 1, 2, 3 определяют состояние пара, соответственно, за соплами на рабочих лопатках и за пределами ступеней. Точка 4 характеризует состояние пара на входе в следующую ступень по параметрам полного торможения.

Располагаемая энергия ступени Е_о несколько меньше, чем (располагаемый теплоперепад), т.к. часть энергии Δh_в.с исп-ся в след. ступени: (χ_в.с = 0…1). Это делается для того, чтобы не учитывать энергию χ_в.с·Δh_в.с дважды в этой и последующей ступени. Удельная полезная работа пара на рабочих лопатках будет: .

Относительный лопаточный КПД турбинной ступени есть отношение мощности развиваемой на раб. Лопатках к располагаемой мощности ступени:

.

Реактивная ступень.

В реактивной ступени располагаемый теплоперепад срабатывается не только в сопловых, но и в рабочих решетках. При этом в каналах раб. лопаток за счет поворота потока создается активная часть усилия, а за счет ускорения потока в виду дополнительного расширения пара реактивная часть усилия.

Для лопаток реактивных ступеней α₁ ≈ β₂, α₂ ≈ β₁.

Располагаемый теплоперепад ступени распределяется между сопловой и раб. решеткой. Т.к. в сопловых лопатках существуют потери тепла Δh_с, то фактически располагаемый теплоперепад на раб. лопатках будет h_ор. Величина h_ор немного > , т.к. изобары с ростом энтропии расходятся.. однако в пределах ступени это практически незаметно.

Отношение располагаемого теплоперепада на раб. лопатках к располагаемому теплоперепаду тепла всей ступени назыв. степенью реактивности . На практике не применяются полностью реактивные ρ = 1 и активные ρ = 0 ступени. Турбинные ступени со степенью реактивности ρ < 0,25 относятся к активному типу. На первых ступенях реактивность составляет ρ = 0,06…0,2. В последующих достигает ρ = 0,5…0,6. При ρ = 0,5 сопловые и раб. лопатки имеют одинаковые профили.

В сопловой решетке располагаемый теплоперепад равен , а давление понижается отР_о до Р₁.

Скорость пара на выходе из сопловой лопатки будет: , м/с.

φ = С₁/С_1t – коэффициент скорости сопловых лопаток.

На раб. лопатках ступени происходит дальнейшее расширение пара и соответствующее увеличение скорости с повышением давления от Р₁ до Р₂.

Располагаемая энергия пара на раб. лопатках складывается из кинетич. энергии потока в относительном движении и теплового перепада h_ор:

, кДж/кг.

–относит. теор. скорость на выходе из раб. лопаток, м/с.

Величина W₁ находится их входного треугольника скоростей.

Действительная относительная скорость пара на выходе из раб. решетки будет равна: W₂ = ψW_2t (ψ – учитывает потерю скорости из-за вредных сопротивлений).

Тепловые потери на раб. лопатках будут: , кДж/кг. Тепловые потери с выходной скоростью находятся точно также:, кДж (χ_в.с·Δh_в.с – используется в след. ступени).

5. Виды внутренних и внешних потерь в паровой турбине.