269 (36)

43%

Średnica tłoka odciążającego odpowiada w przybliżeniu średniej średnicy układu łopatkowego. W praktyce me stosuje się nigdy pełnego odciążenia i wykonuje tłoki nieco mniejsze niż to wynika ze wzoru (XI. 18), część siły osiowej przenosi łożysko oporowe turbiny.

Przed tłokiem panuje ciśnienie p_a, większe od ciśnienia p_k za tłokiem. Występujące w nim przecieki nazywamy stratami nieszczelności w tłoku odciążającym. Straty te są przeważnie bardzo duże, rzędu 2 — 4%, obniżają one w sposób istotny sprawność wewnętrzną turbiny reakcyjnej.

Tłok odciążający stanowi ponadto element o dużej potencjalnie awaryjności. Niewielkie szczeliny w dławnicy labiryntowej tłoka umieszczone na dużej średnicy ulegają nieraz wykasowaniu, zwłaszcza z powodu paczenia się korpusu, co prowadzi do zatarcia i uszkodzenia turbiny.

Istnienie tłoka odciążającego stanowi poważną wadę turbin reakcyjnych.

Inne sposoby zrównoważenia wolnej siły osiowej polegają na stosowaniu symetrycznych cylindrów dwustrumieniowych (rys. X1.4) lub układów wielo-kadłubowych z przeciwnym kierunkiem przepływu w sąsiednich kadłubach. Układ dwustrumieniowy może być celowy w maszynach bardzo dużej mocy, prowadzi on do wzrostu liczby stopni — każdy stopień występuje dwukrotnie — oraz do zmniejszenia wysokości łopatek.

a

Rys. X1.4. Sposoby zrównoważenia siły osiowej: a — układ dwustrumieniowy, b — układ

wielokadłubowy

2.2. Siła osiowa w turbinach akcyjnych

Siła osiowa w stopniu turbiny tarczowej składa się z trzech części:

F_e = F_d + F,+ F_w,    (XI. 19)

P₄ — siła od ciśnień działających na odsądzeniu wału, F, — siła osiowa działająca na łopatki wirnikowe, F_w — siła działająca na tarcze wirnikowe.

Pierwszą składową F_d oblicza się prosto, jak dla turbiny reakcyjnej. Trudniej określić składową F„ a najmniej pewne jest obliczenie siły F_w.

Prz) obecnym stanie wiedzy ciśnienie działające na tarczę wirnikowa nie może być obliczone z wymaganą dokładnością, zależy bowiem od wielu czynników dotychczas jeszcze niewystarczająco zbadanych.

Osiowy nacisk na tarcze wirnikowe turbin typu akcyjnego stanowi często znaczną część całej siły osiowej wirnika, dlatego też całą siłę osiową F w turbinach tarczowych można obliczyć tylko z grubsza. Ta okoliczność uważana jest za jedną z istotnych wad turbin akcyjnych.

Siła osiow a działająca na łopatki wirnikowe składa się z dwóch części:

(XU0) (XI Jl)

F, = m-Ac₄ + nDleAp,

gdzie

Ap = p_l-p₁ * 0(/J_o-#>:)•

We wzorach (X1.20) i (X1.21) operujemy parametrami uśrednionymi. W przypadku łopatek długich, uwzględniając zmienność parametrów przepływu, otrzymamy

(XU0.1)

F, - j Jc₄(r)dm + J 2nr-Ap{r)dr.

W turbinie czysto akcyjnej jest q=0, Ap = 0 i wobec Ac,* 0 siła F, jest niewielka. Zwykle jednak stosuje się zawsze pewną reakcyjność c>0, co prowadzi do Ap > 0.

W zmiennych warunkach ruchu reakcyjność stopnia zmienia się (por. rozdział XII.4), składowa F, może rosnąć lub maleć.

Nacisk na tarcze wirnikowe F_w zależy od średniej różnicy ciśnień panujących po obu stronach tarczy. Podstawą naszych rozważań będzie rysunek X1.5.

Rys. XI5. Przepływy i ciśnienia w stopniu tarczowym