Расчет соплового сегмента активной ступени

Если сопла занимают только часть окружности турбинной диафрагмы, то такая ступень называется парциальной.

Степенью парциальности турбины называется отношение длины дуги m, занимаемой сопловым сегментом по всей длине окружности колеса

Длина дуги, занимаемая соплами

- выходное сечение всех сопел, перпендикулярное оси турбины.

- высота сопла в радиальном направлении

- коэффициент, учитывающий стеснение сопла перегородками.

В среднем можно положить = 0,9.

Выходное сечение сопла найдем из уравнения расхода.

Подставляя это выражение в формулу для ε и m получим

Высота сопла

Обычно минимальное значение l_d выбирают

а) для фрезерованных сопел l_d ≥ 10 ÷ 15

б) для литых сопел l_d ≥ 15 ÷ 20.

Работа сопел при переменном режиме

В процессе эксплуатации турбины начальные и конечные параметры пара очень часто отличаются от расчетных. Режимы работы сопел при условиях, отличных от расчетных, резко изменяются.

Суживающееся сопло

При Р₁ ≥ Р_кр расширение пара в сопле идет по кривой АВ. Газ или пар вытекает из сопла резко очерченной струей, кромки которой параллельны оси струи.

При сверхкритических перепадах давлений (Р₁ < Р_кр) переход от критической скорости в выходном сечении к сверхзвуковой скорости происходит в свободной струе за соплом. В точках С и Д давление меняется от р_кр. до р₁. В результате от кромок сопла распространяются волны разрежения СД₁ и ДС_{1 .} Этих волн может быть много. В силу этого в треугольнике СЕД давление падает даже ниже давления среды р₁. От свободной поверхности струи волны разрежения отражаются с обратным знаком. Пересекаясь в треугольнике ЕС₁Д₁ они создают зону повышения давления. При этом в сечении С₁Д₁ давление может повысится до значения Р_кр. Таким образом в сечениях СД и С₁Д₁ скорости будут критическими, а в промежутке между этими сечениями скорости будут сверх критическими. Максимальная скорость будет в точке Е.

При давлении существенно меньшем критического в ядре потока образуется прямой скачок уплотнения ЕF и криволинейные скачки CЕ и Д F. Дозвуковые скорости сохраняются только между линиями ЕЕ₁ и FF₁ за прямым скачком ЕF. Чем выше разница между противодавлением Р₁ и критическим давлением Р_кр на срезе сопла, тем больше «разбухает» струя при выходе из сопла.

Расход пара или газа при снижении противодавления Р₁ до критического давления Р_кр будет расти. Когда Р₁ ≤ Р_кр, то расход газа остается постоянным. Следовательно, пока конечное давление пара Р₁ > Р_кр суживающееся сопло пригодно для любой степени расширения пара. Когда же Р₁ < Р_кр, то давление на срезе сопла остается равным Р_кр, а дальнейшее расширение пара да Р₁ осуществляется за соплом в виде волновых затухающих колебаний.