Сопловые устройства первых ступеней паровых турбин

Сопла, применяемые в паровых турбинах, бывают суживающимися и комбинированными – суживающе-расширяющимися.

Комбинированные сопла, обеспечивающие на выходе сверхкритические скорости, позволяют преобразовать в кинетическую энергию пара большую часть внутренней его энергии, чем суживающиеся сопла, обеспечивающие на выходе, как правило, докритические скорости. Изготовление комбинированных сопел более сложно, а потери кинетической энергии пара в них больше. Применяются комбинированные, сопла во вспомогательных турбинах, у главных турбин заднего хода, габариты которых стараются получить наименьшими, а экономичность здесь не играет большой роли. Это вызвано тем, что вспомогательные турбины имеют небольшой общий расход пара, и отработавший пар из них используют для подогрева питательной воды, турбины заднего хода работают редко и кратковременно.

В турбинах приводов вспомогательных механизмов малой мощности, иногда, устанавливают отдельно изготовленные сопла, но, как правило, сопла объединяются в так называемые сопловые сегменты или сопловые дуги. Число сопел в сопловом сегменте бывает различно — от 2 до 30. В большинстве случаев в турбине устанавливаются несколько сопловых сегментов.

Так как рабочие лопатки располагаются по окружности диска, то и сопла должны быть расположены по соответствующей окружности.

При этом возможны два случая:

1. Сопла располагаются по всей окружности соплового аппарата, пар поступает сразу на все рабочие лопатки, такой впуск пара называется полным;

2. Сопловые сегменты располагаются на части окружности, пар поступает только на соответствующую часть рабочих лопаток, такой впуск пара называется парциальным.

Парциальность характеризуется степенью впуска (степенью парциальности), под которой подразумевается отношение

,                                     (2.3)

где m — длина дуги окружности соплового аппарата, занятая сопловыми сегментами; d ₁— средний диаметр соплового аппарата; z ₁ – число сопловых каналов на длине дуги m; t ₁ – шаг расположения сопловых каналов.

Сопловые сегменты крепятся во вставных сопловых коробках, а при отсутствии последних, непосредственно в корпусе турбины — в сопловых камерах.

Сопловые аппараты первых ступеней паровых турбин могут формироваться литыми или наборными сегментами.

Литой сопловой сегмент представлен на рисунке 8. Каналы его имеют прямоугольное сечение на выходе и круглое — при входе. Эти сегменты также изготовляются и с прямоугольным входным сечением.

Рисунок 8 - Литой сопловой сегмент

Литые сопловые сегменты просты по изготовлению, но внутренние поверхности их каналов, обрабатываемые лишь вручную, получаются недостаточно гладкими. В результате происходят увеличенные потери энергии пара на трение о стенки сопел. Материалом для изготовления литых сопловых сегментов обычно служат чугун и бронза, что ограничивает допустимую температуру рабочего пара — до 200—250° С. Сталь по своим литейным свойствам мало пригодна для изготовления литых сопловых сегментов. Литые сопловые сегменты в настоящее время применяются редко.

Наборные сопловые сегменты (рис. 9) чаще других применяются у турбин транспортных судов. Они состоят из цельнофрезерованных сопловых лопаток и двух оправ - верхней и нижней. Каждая сопловая лопатка имеет, по два шипа. При сборке сегмента шипы вставляются в отверстия, сделанные в верхней и нижней оправах, и расклепываются. Для прочности сопловые ло­патки дополнительно скрепляются заклепками, которые проходят сквозь обе обоймы и лопатку.

Наборные сопловые сегменты образуются набором отдельных, прилегающих друг к другу цельнофрезерованных или строганных сопел. Такая конструкция сопел позволяет более точно и тщательно обработать внутренние каналы сопел. Сопла такой конструкции используются при высокой температуре поступающего в турбину пара.

Рисунок 9 - Наборный сопловой сегмент