Рабочий процесс в ступени турбины

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

lГаз С_0,Р₀, Т₀, J₀

направляющие

лопатки в

сопловой

решетке

B_c

P₁,T₁

Лопатки

рабочей R_u

решетки C₁ W₁

B_P

R R_a U

C₂ W₂

U

Рис. 15. Схема работы ступени турбины

Турбина обычно состоит из нескольких ступеней, каждая из которых состоит из, так называемых, сопловой и рабочей решеток. Названия происходят из работ Н.Е. Жуковского, который одним из первых разрабатывал теорию турбин и компрессоров. В связи с тем, что вывод уравнений в зависимости от кривизны колеса турбины или компрессора достаточно сложен, с целью его упрощения Н.Е. Жуковским колесо было принято в виде прямолинейных решеток, одна из которых неподвижная – сопловая, а другая подвижная – рабочая. Как видно из рис.15 «прутьями» решеток служат лопатки.

Струя газа с большой скоростью поступает из сопловой решетки в каналы рабочих лопаток. Вследствие криволинейной формы канала газ изменяет направление своего движения. В результате на вогнутую поверхность лопаток действует величина давления большая, чем на выпуклую поверхность (спинку лопатки). Эта разность давлений создает ту силу, под действием которой вращается ротор турбины.

В ступени турбины потенциальная энергия газа, имеющего начальное давление и температуру , преобразуется в механическую работу, выражаемую формулой

,Дж/кг. (116)

В которой - показатель адиабаты газа, входящего в решетку; - газовая постоянная, Дж/кг К; - температура газа в зазоре между сопловой и рабочей решеток, К;

- давление, соответственно, в зазоре между решетками и за ними, Па; - расход газа через ступень турбины, кг/с; внутренний относительный КПД ступени.

Поток газа, вышедший со скоростью - из сопловой решетки под углом попадает в каналы рабочей решетки с некоторой относительной скоростью . Скорость равна разности векторов скоростей и .

При обтекании рабочей решетки газ изменяет направление движения и ускоряется. Ускорение газа происходит за счет его расширения от давления в зазоре между решетками до давления за рабочей решеткой. На выходе из рабочей решетки газ имеет относительную скоростьи абсолютную .

Лопатки рабочей решетки движутся по окружности с угловой скоростью и окружной скоростью

(117)

В выражении (117) диаметр ступени, м.

В окружном направлении на лопатку действует усилие,

(118)

создающее крутящий момент, который вращает ротор турбины,

В осевом направлении действует усилие,

(119)

направленное на упорный подшипник, т.к. ротор не перемещается в осевом направлении.

В выражении (119) площадь, занимаемая лопатками, выражается в виде

(120)

диаметры периферии и корня (основания) лопаток рабочего колеса

Мощность одной ступени