Образованных решеткой профилей

Как указано выше, турбинная ступень состоит из двух лопаточных решеток - сопловой и рабочей, в межлопаточных каналах которых происходит расширение газа. В общем случае газ расширяется последовательно в обеих решетках (реактивный процесс), в частном случае - только в сопловой (активный процесс).

Рассмотренная в предыдущих разделах теория истечения газа из сопел применима к неподвижным (сопловым) и подвижным (рабочим) турбинным решеткам.

Сопловые решетки могут образовывать суживающиеся каналы (для дозвуковых или околозвуковых скоростей) или расширяющиеся сопла Лаваля (для сверхзвуковых скоростей). В обоих случаях проходным сечением, определяющим расход газа, надо считать сечение, имеющее минимальную площадь.

Рабочие решетки, как правило, выполняют конфузорными или с постоянным поперечным сечением по длине канала. Газ входит в эти решетки с относительной скоростью w ₁, а выходит со скоростью w ₂.

На рис. 4.3 схематически изображен в координатах s - i процесс расширения газа в реактивной ступени. В турбинной ступени газ расширяется от давления p ₀ * до p ₂ по условной политропе AoA₂. Располагаемая работа изоэнтропийного расширения газа в ступени определяется по формуле

.                     (4.19)

Адиабатная работа расширения в сопловой решетке зависит от степени реактивности ступени ρ

.

Параметры газа на выходе из сопловой решетки определяются по формулам, приведенным в разделе 2.5.

Состояние газа при входе в рабочую решетку определяется точкой A₁. Адиабатная работа расширения газа в рабочей решетке составит

.             (4.20)

Из уравнения энергии в относительном движении газа через рабочую решетку осевой турбины, для случая энергоизолированного от внешней среды течения без потерь

.                          (4.21)

Рисунок 4.3 - Процесс расширения газа в реактивной ступени в si -диаграмме

Выражая состояние газа перед рабочей решеткой в параметрах торможения, найдем на si -диаграмме точку A ₁ ^* (рис. 4.3), характеризующую это состояние и адиабатный перепад L ^* ₀₂. Поскольку , то вместо равенства (4.21) можно записать .

Для активного процесса в решетке L₀₂ =0 и w _{2 t} = w ₁. Действительная скорость w ₂ выхода газа из рабочей решетки меньше w _2t вследствие потерь. Как и для сопловой решетки w ₂ можно определить через коэффициент скорости рабочих лопаток ψ.

.                             (4.22)

По аналогии с формулой (4.6)

.                                     (4.23)

Потери энергии на рабочих лопатках

.         (4.24)

Для активного процесса в решетке

.         (4.25)

Состояние газа за решеткой рабочих лопаток можно определить по si -диаграмме или определить аналитически, подобно тому, как это делалось для сопел. Температура газа

.              (4.26)

Плотность и удельный объем можно определить по формулам

, .                       (4.27)

Если ступень активная и расширение газа на рабочих лопатках не происходит, то p ₂ = p _{1 .}

Как и в сопловой решетке, процесс истечения газа в решетке рабочих лопаток можно рассчитать по законам политропного расширения.

Аналогично формулам (4.12) и (4.13) для этого случая можно найти показатель условной политропы

, .             (4.28)

В общем случае величина теплового перепада в сопловых и рабочих решетках переменна по их высоте. Поэтому приведенные выше соотношения надо рассматривать как средние по высоте лопаток или относить их к определенному сечению по высоте лопатки.