XI. Ступени с длинными лопатками

1. Особенности ступеней большой веерности.

Пар, проходя через проточную часть турбины, расширяется, и его удельный объем увеличивается в несколько тысяч раз. Поэтому, если в первых ступенях турбины высота решеток составляет десятки миллиметров, то в последних – около метра.

В первом случае веерность ступени l /d мала и параметры и треугольники скоростей практически не изменяются по высоте.

Рис.1

Иная картина возникает в ступенях с большой веерностью, характерной для ступеней с длинными лопатками.

При выходе из сопловой решетки вектор скорости С₁ имеет осевую С_1a и окружную С_1u составляющие, которые заставляют частицы пара двигаться по винтовым траекториям, при этом на каждую частицу пара действует центробежная сила, стремящаяся отбросить ее к периферии.

В результате по радиусу в зазоре между сопловой и рабочей решетками устанавливается распределение давления (градиент давления), уравновешивающее центробежную силу частиц пара. Таким образом, давление пара Р₁ в зазоре увеличивается от корневого сечения к периферийному.

Рис.2

Напротив, как видно из рис.1, окружная составляющая скорости С₂ на выходе из ступени мала, и поэтому давление Р₂ практически постоянно по высоте. Постоянным будет и давление Р₀ на входе в ступень.

Таким образом, при практически неизменных по высоте давлениях Р₀ и Р₂ и, следовательно, теплоперепадах на различных радиусах из-за переменности давления в зазоре степень реактивности ρ будет возрастать от корневого сечения к периферийному.

Изменение ρ и окружной скорости по высоте ступени приводит к существенному изменению треугольников скоростей.

В корневом сечении степень реактивности ρ мала и треугольники скоростей имеют обычный вид. На периферии ρ может достигать 65 – 70 %, вектор скорости С₁ будет малым, а W₂ – большим. Угол входа потока на рабочие лопатки изменится от β = 25º - 40º в корневом сечении до 120º - 160º в периферийном сечении.

Таким образом, в ступенях большой веерности для обеспечения высокой экономичности необходимо изменять профили рабочих лопаток по высоте.