7.2. Сопловые аппараты турбин тна
Сопловые аппараты представляют собой:
или отдельные сопловые отверстия;
или решетки, образованные набором профилированных лопаток.
Из сопловых отверстий обычно образуют СА активных парциальных турбин. Из решеток образуют сопловые аппараты ступеней реактивных турбин, а также направляющие аппараты активных турбин.
Сопловые отверстия выполняют непосредственно в корпусе газосборника турбины. Они имеют конические каналы полностью осесимметричные или с деформированным выходным сечением: от круглой формы в критике до овальной или близкой к кольцевому сегменту на выходе из сопла.
В некоторых случаях сопловые отверстия СА выполняются в виде отдельных сопловых блоков, устанавливаемых в окна корпуса газосборника. Сопловые блоки крепятся к корпусу газосборника сваркой или на болтах.
Для уменьшения тепловых потерь сопловые блоки могут заключаться в кожухи, заполненные стекловатой. Отдельное сопло СА может впресовываться в корпус турбины.
В турбинах с большой парциальностью наиболее целесообразной конструкцией соплового аппарата является сопловая решетка, состоящая из набора лопаток (рис. 7.6). Лопатки сопловых решеток могут также объединяться в блоки (сегменты). Для простоты изготовления одна из стенок лопатки сопловой решетки может быть плоской.
КПД турбины. Расположение сопел СА по окружности колеса парциальной турбины оказывает значительное влияние на потери и КПД турбины. Наименьшие потери имеют турбины, у которых сопла сгруппированы в одном месте. Если сопло или группу сопел расположить по окружности в двух диаметральных секторах, КПД турбины снижается на 4–6 %. Если сопла разместить в трех равномерно расположенных секторах, КПД снижается на 7–9 %, если в четырех – на 10–12 % и т.д.
|
Рис. 7.6. Сопловой аппарат и рабочее колесо газовой турбины: 1 – вал; 2 – сопловые лопатки; 3 – диск; 4 – рабочие лопатки |
Поэтому целесообразно группировать сопла в одном секторе, но при этом увеличиваются вибронапряжения в лопатках, и условия их работы ухудшаются.
Для снижения уровня вибронапряжений в лопатках увеличивают осевой зазор между сопловым аппаратом и колесом турбины до 1,5–4 мм и более (но при этом возрастают гидравлические потери).
Учитывая гидравлическое совершенство турбины и вибропрочность лопаток, применяют турбины:
или с равномерным расположением сопел по окружности;
или с соплами, сосредоточенными в одном секторе.
7.3. Материалы
Сопла и сопловые блоки (набор отдельных сопел) могут изготовляться из углеродистой, жаропрочной, нержавеющей стали или чугуна.
Корпуса турбин, работающих на парогазе (невысокие температуры), изготавливают из алюминиевых сплавов, а работающих на газах с высокой температурой – из нержавеющей или углеродистой стали с последующим цинкованием. Наиболее просты – сварные корпуса. Наиболее легкие – корпуса, в которых используется листовой материал с непременным усилением стенок ребрами жесткости. Сварное соединение корпусов ТНА дешевле и ТНА легче, но при этом усложняется разборка агрегата, необходимая в процессе доводки.
Лопатки
и диски турбин,
работающие при температуре газа
,
изготовляют из алюминиевых сплавов.
При более высоких температурах –
применяют стали, а при агрессивном
рабочем теле – нержавеющие стали.
Наилучшую герметичность имеют ТНА:
с наименьшим числом стыков;
с наименьшим числом узлов уплотнения, простых по конструкции, имеющих высокую герметичность как при хранении, так и во время работы.
Заключение. Классификация турбин ТНА
