Судовые паровые и газовые турбины

4.1. Принцип действия паровых турбин

В паровой турбине преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала осуществляется в два этапа:

– преобразование энергии пара в кинетическую энергию струй;

– преобразование кинетической энергии струй пара в механическую энергию вращения вала.

Первый этап осуществляется в соплах, куда поступает пар высокого давления. В соплах пар расширяется, его давление падает и увеличивается скорость. Таким образом, внутренняя энергия пара превращается в кинетическую.

На рис. 35 сопловой аппарат показан в виде одного сопла 4, но в мощных турбинах этот аппарат представляет собой сопловую решетку – ряд неподвижных лопаток, закрепленных в статоре по окружности турбины.

Сопловой аппарат с одним диском 2, на котором по гребню закреплены рабочие лопатки 3, на которые поступает пар из сопел, называется ступенью турбины. Одноступенчатые турбины применяют в качестве приводов каких-либо механизмов (например, привод грузовых насосов на танкерах).

4.2. Активные и реактивные
паровые турбины

На рис. 36 приведен схематический продольный разрез одноступенчатой активной турбины. В каналах решетки рабочих лопаток происходит поворот струи пара, за счет чего возникает активная сила, действующая на лопатки 2 и вращающая диск 3, закрепленный на валу турбины 4. Поскольку усилие на вал турбины передается только при повороте струй пара, рабочая лопатка должна иметь сильно изогнутый профиль.

В верхней части рис. 36 представлены графики изменения давления и скорости пара при его движении в активной турбине. Из графиков видно, что давление пара уменьшается в соплах 1. Такие турбины, где расширение пара происходит только в направляющем аппарате, называются активными.

В реактивных турбинах расширение пара происходит и в направляющем аппарате, и на рабочих лопатках, т.е. рабочие лопатки вращают вал турбины и за счет активного действия струй пара и за счет сил реакции, возникающих при расширении пара в каналах между лопатками.

Профиль проточной части активной ступени показан на рис. 37, а реактивной ступени – на рис. 38.

Из рисунков видно, что в активной ступени межлопаточное пространство направляющего аппарата (сопел) имеет переменный профиль (для того, чтобы пар расширялся), а межлопаточное пространство рабочих лопаток имеет постоянный профиль (т.к. служит только для изменения направления струй газа).

В реактивной ступени, т.к. пар расширяется и в направляющем аппарате, и на рабочих лопатках, оба межлопаточных пространства имеют переменный профиль.