Действие рабочего тела на лопатки

Тема 12. Действие рабочего тела на лопатки. Активные, реактивные турбины. Мощность и КПД турбины. Классификация турбин.

Модуль 7. Паровые и газовые турбины.

 

Турбомаишна (турбина) является двигателем, в котором теплота рабоче­го тела — пара или газа — последова­тельно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.

Вытекающий из сопла поток рабоче­го тела, обладающий значительной кине­тической энергией, действует на лопатки с силой, которая зависит от формы их поверхности (рис. 34). Расчеты по уравнению количества движения показывают, что при прочих равных условиях, например при задан­ной скорости истечения с_о и расходе ра­бочего тела m, с наибольшей силой поток будет воздействовать на лопатку, форма которой обеспечивает его поворот на 180° (рис. 34, а). Если позволить ло­паткам перемещаться под действием струи, то движение газа по схеме (рис. 34, б) обеспечит при одинаковой во всех схемах скорости и наибольшую мощность, равную произведению дей­ствующей на лопатку силы на скорость ее перемещения. Отсюда, в частности, следует, что для полу -

Рис. 34. Схема действия струи газа на по­верхности тел различной формы

 

чения максималь­ной работы поток должен не ударяться о поверхность, а обтекать ее плавно, без завихрений.

Но использовать наиболее выгодный (с точки зрения получения максимальной мощности) профиль лопаток для тепло­вого двигателя непрерывного действия, например турбомашины, невозможно, так как практически не удается при вра­щательном движении диска с лопатками подать на них газ в направлении, со­впадающем с плоскостью вращения. По­этому в турбинах струя газа, вытекаю­щего из неподвижного сопла, подается на лопатки, изогнутые под некоторым углом к плоскости вращения (рис. 34, в), причем по конструктивным соображениям этот угол не удается сде­лать меньше 11 —16° (в ряде случаев его принимают равным 20—30°).

Рассмотренный принцип действия по­тока на поверхности различных форм называется активным, в отличие от реактивного, когда сила создается за счет реакции струи, вытекающей из сопла (рис. 34, г). Реактивная сила, приложенная к цилиндру, направлена согласно третьему закону Ньютона в сто­рону, противоположную истечению га­зов. С такой же силой действует струя на поверхность (активный принцип, рис. 27, а), но при реактивном способе конструкция теплового двигателя полу­чается более рациональной, так как со­вмещаются сопловой и двигательный ап­параты.