227 (52)

bębnowej. Z drogiej strony stopnie reakcyjne wymagają większych wskaźników prędkości • = uic.. przez co ich liczba rośnie w porównaniu z liczbą stopni turbiny akcyjnej.

Porównując oba typy turbiny można powiedzieć, że turbiny akcyjne są iprawnosciowa lepsze od reakcyjnych w obszarze niewielkich objętościowych natężeń przepływu, gdyż zbyt krótkie łopatki prowadzą do nadmiernych strat nieszczelności w turbinach reakcyjnych. Dopiero przy dużych wysokościach łopatek typ reakcyjny staje się sprawnościowo nieco korzystniejszy, zwłaszcza jezeii można zrezygnować z tłoka odciążającego.

Swego czasu panowało przekonanie, że turbiny akcyjne są bardziej niezawodne ruchowo od turbin reakcyjnych. Uzasadnieniem było stosowanie v stopniach akcyjnych bardzo dużych luzów .v wieńcu wirnikowym, przy założeniu, ze wobec zerowej reakcyjnosa nie ma strat nieszczelności w luzach nad łopatkami wirnikowymi.

Jak się później okazało, był to pogląd zbyt uproszczony, błędny. Ponadto obecnie stosuje się zawsze pewną reakcyjnośc wymagającą dobrego uszczelnienia wieńca wirnikowego, podobnie jak w turbinie reakcyjnej. Natomiast kłopoty z tłokiem odciążającym w turbinie reakcyjnej sprawiają, że istotnie — z tego punktu widzenia — system akcyjny ma przewagę, gdyż nie potrzebuje tego elementu.

Z drugiej strony, problemy wibracyjne są bardziej złożone w turbinie akcyjnej, gdyż dochodzi zagadnienie drgań tarcz wirnikowych. Nie bez znaczenia jest wreszcie okoliczność, że w turbinach akcyjnych nie potrafimy dokładnie obliczać siły osiowej; było to nieraz przyczyną uszkodzeń łożysk osiowych.

Pomijając względy produkcyjne i wytrzymałościowe, można by ogólnie powiedzieć, że turbiny akcyjne są właściwsze w przypadku małych strumieni objętościowych, gdzie duża rolę grają straty nieszczelności.

Natomiast warunki przepływu w palisadach reakcyjnych są korzystniejsze i dlatego w obszarze niskich ciśnień, gdzie strumień objętościowy jest duży, lepsze sprawnościowo są stopnie reakcyjne (gdyż przy długich łopatkach straty nieszczelności grają mniejszą rolę). Dlatego też stopnie niskiego ciśnienia współczesnych turbin „akcyjnych” wykonuje się z dużą reakcyjnością. dochodzącą w ostatnim stopniu do 50% i więcej na średniej średnicy.

6. Dobór prędkości obrotowej turbiny przekładniowej

Problem ten wiąże się z zagadnieniem podobieństwa turbin. Mając do dyspozycji dobrze skonstruowaną turbinę o wysokich wskaźnikach sprawnościowych i ekonomicznych możemy wzorować się na niej, projektując nową maszynę o innej mocy na te same parametry pary.

Jeżeli zachowamy podobieństwo geometryczne i utrzymamy bez zmiany liczby Macha i Reynoldsa w jej stopniach, sprawność turbiny podobnej powinna być taka sama jak sprawność wzorca.

Mówiąc popularnie, dwie turbiny są geometrycznie podobne wówczas, gdy różnią się tylko skalą. Podstawowe wymagania sprowadza się do utrzymaniu niezmiennych proporcji

- = idem d

= idem s

w poszczególnych stopniach, a także niezmiennych wskaźników prędkości v, reakcyjności q i kątów łopatkowych (podobieństwa geometrycznego profili i palisad). Maszyna podobna musi mieć tę samą liczbę stopni co wzorzec, więc prędkość obwodowa u jej poszczególnych stopni musi być laka sama jak we wzorcu.

Maszyna o mniejszej mocy będzie miała krótsze łopatki i wobec l/s = idem mniejsze długości cięciwy profili. Uniemożliwia to jednoczesne spełnienie podobieństwa aerodynamicznego, gdyż liczba Reynoldsa

v

jako wielkość proporcjonalna do cięciwy nie może być utrzymana bez zmiany.

W praktyce występują również inne trudności. O ile bowiem zachowanie podobieństwa geometrycznego w skali makro nic sprawia kłopotów, to podobieństwo w skali mikro nie zawsze można technicznie zrealizować. Nie można bowiem zapewnić chropowatości bezwzględnej k„ malejącej proporcjonalnie do długości łopatki /, nie można ściśle zachować proporcjo .alnie malejących luzów, a także grubości krawędzi spływu profili. Zastrzeżenia te dotyczą również innych drobnych wymiarowo szczegółów konstrukcyjnych [6] i tolerancji kształtów.

Wykonywanie maszyn małej mocy dokładnie podobnych do maszyn dużej mocy nie jest uzasadnione ekonomicznie. Zc wzrostem mocy rośnie udział kosztów paliwa, maleje udział kosztów inwestycyjnych; w rezultacie bardziej opłaca się budować maszyny wysokosprawne. W maszynach małej mocy rośnie natomiast udział kosztów inwestycyjnych, maszyny te powinny być proste i tanie, ich sprawność nie gra tak wielkiej roli, jak w maszynach dużej mocy.

Z rozważań tych wynika wniosek, że turbina duża może mieć więcej stopni niż wzorowana na niej turbina małej mocy.

Napiszmy równanie ciągłości dla v. lotu z dowolnego stopnia, pomijając w uproszczeniu współczynnik wydatku /x:

(D

m r, = 7tdlc_u

i wprowadźmy oznaczenia

(2)