Радиальные и радиально-осевые турбины

Помимо рассмотренных выше осевых турбин, в проточных частях которых поток пара движется вдоль оси ротора, широкое применение нашли радиальные и радиально-осевые турбины.

Радиальными называют такие турбины, в которых линии тока пара находятся в плоскости, перпендикулярной оси ротора. Если пар движется в направлении от периферии к оси ротора, такие турбины называют центростремительными; если от оси ротора к периферии – центробежными.

Радиально-осевыми называют такие турбины, в которых поток пара в сопловых лопатках направлен от периферии к оси турбины, а поток в рабочих лопатках имеет радиально-осевое направление.

Характерным примером центробежной паровой турбины является турбина Юнгстрема (рис. 48). На раздельные валы турбины насажены диски –. На боковых поверхностях дисков по окружностям постепенно возрастающего диаметра закреплены рабочие лопатки –. Пар в турбину подводится через отверстия в корпусе, отверстия в дисках и далее направляется к центральной камере. Отсюда он движется по радиусу от центра к периферии, расширяясь в каналах рабочих лопаток. При этом на валах турбины возникает сила, вращающая их в противоположные стороны. В такой конструкции турбины нет неподвижных сопел или направляющих лопаток. Вращающиеся рабочие лопатки одного диска являются направляющими лопатками для другого. Принцип одновременного вращения валов позволяет сделать турбину очень компактной и экономичной, так как окружная скорость каждого рабочего колеса относительно другого в два раза больше, чем у турбины с неподвижными направляющими лопатками. При таких высоких окружных скоростях каждая ступень может, при определенных условиях, сработать бóльший теплоперепад, чем ступень с неподвижными направляющими лопатками, что приводит к уменьшению общего числа ступеней в турбине.

В радиальных центростремительных турбинах (рис. 49. а) поток пара движется через сопловые и направляющие лопатки от периферии к оси ротора. В радиально-осевых ступенях (рис. 49. б) поток пара в соплах направлен перпенидикулярно оси ротора, в рабочие лопатки пар входит в радиальном направлении, совершает в них поворот, и выходит вдоль оси турбины.

Рабочие лопатки радиально-осевых ступеней могут выполняться в следующих вариантах:

- с протяженной радиальной частью, выполненной в виде радиальных пластин и небольшой осевой частью (рис. 49. в);

- в виде ступеней, в которых радиальные пластины отсутствуют, а поворот потока пара осуществляется в безлопаточной поворотной камере с обтекателем (рис. 49. г)

Радиальные центростремительные и радиально-осевые ступени могут исполняться в однопроточном и двухпроточном исполнениях. В двухпроточных ступенях весь поток пара разделяется на два симметричных потока, каждый из которых направляется в свою проточную часть турбины. Радиальные и радиально-осевые ступени часто используют в качестве первой (регулировочной) ступени в двухпроточных турбинах с расходящимися потоками пара (рис. 53. б).

Разделение потоков пара.

 многокорпусные турбины

В ступенях паровой турбины происходит расширение пара и увеличение его объема. Для обеспечения нормального расширения пара проходное сечение проточной части от ступени к ступени должно увеличиваться. Соответственно, от ступени к ступени, возрастают длины рабочих и направляющих лопаток. Если сопла и рабочие лопатки первых ступеней паровых турбин имеют высоту 10 ÷ 20 мм, то высота рабочих и направляющих лопаток последних ступеней может достигать 400 ÷ 500 мм у судовых турбин, и до 1200 мм у стационарных турбин. С увеличением длины рабочих лопаток возрастают нагрузки, действующие на них при вращении ротора. Большие нагрузки и значительные механические напряжения, возникающие в лопатках последних ступеней турбин, предполагают применение материалов повышенной прочности для их изготовления. Вместе с тем, длина лопаток последних ступеней определяет диаметр ротора и корпуса турбины и, соответственно, ее массогабаритные показатели.

Одним из способов уменьшения длины лопаток последних ступеней является разделение потоков пара. Турбины с разделением потоков пара называются двухпроточными. При разделении потока пара на две части вдвое сокращается объем пара, проходящий через каждую проточную часть. При этом вдвое сокращается длина лопаток последних ступеней турбины.

Двухпроточные турбины (рис. 50) могут выполняться со сходящимися потоками пара, когда пар движется со стороны подшипников к центральной части ротора, и с расходящимися потоками пара, когда пар движется от центральной части ротора к подшипникам. Двухпроточные турбины имеют еще одно существенное преимущество: так как потоки пара в проточных частях направлены в противоположные стороны, то осевые усилия, воздействующие на ротор в каждой проточной части, взаимно уравновешиваются, и в таких турбинах нет необходимости в применении дополнительных устройств разгрузки ротора от осевых сил. Однако применение двухпроточной схемы увеличивает длину ротора турбины и длину турбоагрегата в целом.

Паровые турбины, работающие на высоких параметрах пара, срабатывают значительные теплоперепады. При этом число ступеней в таких турбинах может достигать от трех-четырех до нескольких десятков. Значительное число ступеней, расположенных на одном валу, увеличивает длину ротора и осевые размеры самой турбины. Еще более длинным получается ротор, если турбина выполняется двухпроточной. Для уменьшения длины ротора и осевых размеров турбины применяется разделение проточной части турбины на группы ступеней и размещение каждой группы в своем отдельном корпусе (как правило, в двух – трех корпусах). В этом случае пар последовательно проходит через ступени, расположенные в разных корпусах. Отдельные корпуса турбин в этом случае называют турбинами высокого, среднего и низкого давления (для двухкорпусного варианта – высокого и низкого давления). ТВД, ТСД и ТНД соединяются между собой пароперепускными трубами – ресиверами.