§ 4.8. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕШЁТОК ПРЯМОТОЧНЫХ ТУРБИН.

Каждому сочетанию трёх коэффициентов C_z , т_а и σ,соответствует определённый тип решёток и, наоборот, каждый тип решёток характеризуется тремя числами. Поэтому можно представить пространство с координатами C_z, т_а и σ.Каждой точке такого пространства отвечает определённый тип решётки.

На рис. 4.9 представлена одна из плоскостей этого пространства в виде таблицы, классифицирующей решётки прямоточных турбин по двум коэффициентам т_а и σ. В каждой клетке таблицы изображены полигон безразмерных скоростей и эскиз решётки, соответствующий координатам т_а и σ. Третья величина C_zдля всех решёток принята равной 0,9. Каждый столбец таблицы содержит решётки с одинаковым т_а и общим треугольником средневекторных скоростей, изображённым вверху столбца.

Сравнивая столбцы между собой, отмечаем следующие изменения свойств турбин при увеличении т_а (слева направо).

1. Соотношение перепадов давления в статоре и роторе увеличивается. Это означает, что в активных турбинах осевая сила давления жидкости на ротор меньше, чем в реактивных.

2. Отношение средневекторных скоростей О_т/ w_m,характеризующее степень неравномерности гидромеханической нагрузки в венцах турбины, также возрастает.

3. Угол установки лопастей статора уменьшается, а ротора, наоборот, увеличивается (при т_а= 1 хорда профиля вертикальная).

В графах таблицы дана классификация по коэффициенту циркуляции. Общее свойство полигонов скоростей в одной графе - одинаковое отношение их оснований. При одинаковых размерах и скоростях C_zи uрешётки, представленные в одной графе,

развивают в безударном режиме одинаковый крутящий момент и одинаковую мощность независимо от коэффициента активности.

Рис.

В графе σ = 1 расположены нормальные решётки. Полигон скоростей имеет форму параллелограмма, скошенного в ту или другую сторону в зависимости от коэффициента активности. В частном случае при m_a = 0,5 полигон прямоугольный. Нормальные симметричные решётки, помещённые в центре таблицы, обладают удобными характеристиками и вследствие своего центрального положения лишены крайностей, свойственных другим типам турбин. Они используются в турбобурах.

В графе σ< 1 показаны низкоциркуляционные решётки с полигоном скоростей, сужающимися книзу. Нижнюю графу таблицы заполняют плосколопастные решётки^[XI].

Их полигон скоростей превратился в треугольник. Скорости в безударном режиме одинаковы на входе и выходе по величине и направлению: Q = c2и W1 = W2.Такие турбины в безударном режиме не работают, и применять их можно только в ударных режимах. Они использовались на раннем этапе турбобурения благодаря простоте обработоки венцов и малой осевой высоте ступени.

Высокоциркуляционные решётки с крутоизогнутыми профилями, помещённые в графе σ > 1, имеют полигон скоростей, сужающийся кверху.

При рассмотрении таблицы по вертикали видно, что с уменьшением σлопасти становятся более пологими как в роторе, так и в статоре. Это способствует некоторому снижению гидравлических потерь, ибо поворот струи в канале связан с потерями.

В классификационной таблице можно видеть решётки с осевым входом жидкости в статор (α₂ = 90 ). Их полигон скоростей имеет правое бедро вертикальное. Сравнивая полигоны, обладающие этим свойством, можно заметить, что увеличению т_а сопутствует одновременное возрастание σ. Поэтому при осевом входе в статор понятия «высокоциркуляционные» и «активные» решётки иногда отождествляют. Поскольку при c2_u = 0 σ = c1_u/ι⅛и т_а= c1_u/2u⅛то для таких решёток σ = 2т_а.

Осевой вход в статор в одно- и малоступенчатых турбинах принят для снижения гидравлических потерь при входе в турбину и выходе из неё.

Рис. 4.10. Решётка лопастей и полигон

скоростей предельной турбины

Вне рассмотренной области сочетаний C_z, т_а и σнаходится особый случай C_z = ∞ и σ = ∞при любом значении т_а. Турбины с σ = ∞были названы П. П. Шумиловым предельными. Решётка предельной симметричной турбины показана на рис. 4.10:

aι = π—βι ; β2 = π — α2 ; ci = Wi = W2 = c2.Безударный режим осуществляется при

U₆= 0, т. е. при остановке турбины, и в этом смысле предельная турбина является противоположностью плосколрпастной. Она может работать только на ударных режимах.

Указанный тип турбины реализован в так называемых турбобурах с наклонной линией давления.