Устройство и принцип действия паровых турбин

Паровую турбину относят к типу лопаточного двигателя. Рабочим органом ее является насаженный на вал диск с венцом изогнутых рабочих лопаток. Перед лопатками расположен ряд простых или комбинированных сопл. Сопла являются неподвижной частью турбины; их крепят к корпусу или диафрагме. Совокупность вращающихся частей турбины — вал, диски с рабочими лопатками — это ее ротор, а неподвижных частей — статор. Статор турбины состоит из фундаментной рамы, разъемного стального или чугунного корпуса, лабиринтовых уплотнений в местах прохода вала через корпус, диафрагм с сопловой решеткой, разделяющих пространство внутри корпуса на отдельные камеры — ступени давления.

Принцип действия турбины объясним двумя процессами, происходящими в сопловых решетках и каналах, образованных рабочими лопатками, при прохождении через них рабочего тела — пара или газа.

В соплах потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую; в лопаточном канале под воздействием струи пара возникает центробежная сила, воздействующая на лопатки и вызывающая вращение ротора турбины. При соединении вала с генератором тока механическая энергия преобразуется в электрическую.

В однодисковой турбине не удается достаточно полно использовать кинетическую энергию струи пара. Значительная часть ее теряется с выходной скоростью пара, покидающего турбину, что снижает КПД турбины. Кроме этого, для генераторов тока чрезмерно высокая частота вращения не требуется. В целях снижения угловой скорости и повышения экономичности работы турбины их выполняют многоступенчатыми — со ступенями скорости и давления.

По принципу действия в зависимости от характера сил, вызывающих вращение вала, турбины подразделяют на активные и реактивные. Особенностью реактивных турбин является несимметричная форма лопаток, образующих криволинейные суживающиеся каналы. При движении по таким каналам пар на выходе из сопла продолжает расширяться, повышая свою относительную скорость. В дополнение к центробежной силе это вызывает действующую на лопатки реактивную силу давления.

Турбины, работающие по активному принципу, имеют симметричную форму лопаток и лопаточный канал почти постоянного сечения. Поэтому падение давления и увеличение скорости пара в них происходят только в соплах, на рабочих лопатках используется только кинетическая энергия пара.

Турбина на одном диске имеет два параллельных венца лопаток. Между ними расположены неподвижные направляющие лопатки для плавного перехода струи пара с одного венца на другой с целью сохранения одного направления силы, действующей на лопатки каждого ряда. Давление от р₀ до р\ падает только в соплах, на рабочих лопатках оно остается постоянным. С падением давления в соплах увеличивается кинетическая энергия, которая поровну распределяется между двумя рядами рабочих лопаток, превращаясь в работу на- валу турбины. Изменение скорости на направляющих лопатках весьма незначительно за счет некоторой потери энергии на трение. Турбины имеют низкий КПД и небольшую мощность; их применяют для привода машин небольшой мощности (центробежных насосов и пр.).