Треугольники скоростей колеса с двумя ступенями скорости

Плоская решетка профилей выше рассмотренной турбины с треугольниками скоростей показана на рис.(82).

Проследим за изменением параметров пара в проточной части такой турбины (рис.80 и 82).

Расширение пара от давления Р₀ до давления Р₁ осуществляется в соплах. Далее, при течении пара через первый венец рабочих лопаток, венец направляющих лопаток и второй венец рабочих лопаток давление пара остается постоянным и равным Р₁.

Скорость пара в соплах возрастает от величины С₀ 0 до значения С₁. Из сопел пар поступает на рабочие лопатки первого ряда с абсолютной скоростью С₁.

Направление вектора С₁ характеризуется углом α₁ между вектором скорости С₁ и плоскостью вращения рабочих лопаток. Угол α₁ называется углом выхода пара из соплового аппарата.

Переходя к рассмотрению течения пара в плоской решетке профилей рабочих лопаток, необходимо учитывать, что рабочие лопатки, вращаясь, движутся с окружной скоростью u. Скорость и по отношению к движению пара является переносной скоростью. Поэтому, рассматривая течение пара в каналах рабочих лопаток, необходимо от абсолютного движения пара (относительно неподвижного направляющего аппарата) перейти к относительному движению пара, т. е. рассматривать движение пара в системе координат, связанной с рабочими лопатками и вращающейся вместе с ними.

Вычитая из вектора С₁, вектор u, получим вектор W₁ - относительную скорость входа пара в каналы рабочих лопаток. Направление скорости W₁ характеризуется углом β₁ - углом входа пара в каналы рабочих лопаток первого венца. Треугольник, образованный векторами С₁, u и W₁ называется входным треугольником скоростей.

При течении по каналам рабочих лопаток поток пара изменяет свое направление, а в общем случае - и величину скорости. Из рабочей решетки пар выходит со скоростью W₂, называемой относительной скоростью выхода пара из каналов рабочих лопаток, под углом β₂ к плоскости вращения ротора - углом выхода пара из рабочей решетки.

Для того, чтобы вернуться к абсолютному движению пара, необходимо к вектору относительной скорости W₂ прибавить вектор окружной скорости u; выполнив сложение, получим скорость С₂, называемую абсолютной скоростью выхода пара из каналов лопаток первого рабочего венца. Угол α₂ определяется направлением вектора скорости С_2. Треугольник, образованный векторами W_2, u и С₂ называется выходным треугольником скоростей.

Построив входной и выходной треугольники скоростей для первого ряда рабочих лопаток, определим величину скорости С₂. С этой скоростью пар поступает в венец направляющих лопаток, где осуществляется поворот потока. Величина скорости в венце направляющих лопаток незначительно уменьшается только за счет трения и других сопротивлений и пар выходит из венца со скоростью . Построение угольников скоростей для второго ряда рабочих лопаток производится так же, как и для первого ряда, учитывая, что оба ряда лопаток имеют одинаковую окружную скорость u. Элементы второй пары треугольников скоростей отмечаются штрихом.

Треугольники скоростей, как и в случае одиночной ступени, можно показать в отрыве от соответствующих решеток, совместив вершинами в одной точке – полюсе (рис.83).

Описанную конструкцию называют ступенью давления с двумя ступенями скорости; происхождение такого названия очевидно из рассмотрения диаграммы изменения давления и скоростей на рис.80. Иногда такую комбинацию называют колесом с двумя ступенями скорости, или двухвенечным колесом.

Энергия, определяемая скоростью , в данной ступени теряется. Однако, если выходная скорость все еще велика, то может быть установлен второй венец направляющих лопаток и третий ряд рабочих лопаток. Такая конструкция носит название колеса с тремя ступенями скорости.

Таким образом, в результате принятых конструктивных мер удается существенно уменьшить величину потерь энергии с выходной скоростью q_a и повысить значение КПД на окружности такой турбинной ступени.