В останніх щаблях ступінь реактивності досягає 0,5. При ступеня реактивності = 0,5 соплові і робочі лопатки мають однакову форму. Один і той же профіль лопаток може бути використаний у всіх щаблях турбіни, і тільки довжина лопаток змінюється відповідно до урахуванням обсягу робочої речовини в міру зниження тиску. Це зручно при виготовленні лопаток.
Для ступені з будь-яким ступенем реактивності теплоперепад, спрацьовує в соплах:
Тоді швидкість потоку на виході з сопла реактивного ступені:
Оптимальне значення ККД у реактивних ступенів виходить при окружних швидкостях і, близьких до абсолютної швидкості пара при вході на лопатки С1.
Тому для отримання нормального числа обертів доводиться реактивні турбіни виконувати з малими значеннями швидкості С1 на кожному ступені, тобто багатоступінчатими.
Так як у реактивних турбін з одного боку лопаток тиск більше, ніж з іншого, виникають значні зусилля, які прагнуть зрушити ротор вздовж осі турбіни у напрямку руху пара.
Для запобігання зсуву ротора встановлюють наполегливі або борін підшипники. Робочі лопатки насаджують на барабан, а не на диск, як у активних турбін; тоді осьове зусилля буде менше, тому що різниця тисків діє тільки на кільцеві перетину, відповідні висоті лопаток, і застосовують врівноважує поршень, з боку частини високого тиску; поршень є кільцевої уступ барабанного ротора. По периферії поршня є невеликий зазор, пар через нього надходить в камеру і в випускний патрубок турбіни, що йде до конденсатора і встановлюється низький тиск ліворуч поршня (рис 1.4).
Мал. 1.4. Схема реактивної турбіни невеликої потужності:
1 - випускний патрубок; 2 - нерухомі лопатки вторинного ряду; 3 - робочі лопатки; 4 - корпус; 5 - напрямні лопатки першого ряду; 6 - обертові лопатки; 7 - барабан (ротор); 8 - паропровід; 9 - розвантажувальний поршень; 10 - камера
1.5. Пристрій і принцип дії активної багатоступінчастої турбіни з двома ступенями швидкості
З метою зменшення вихідних втрат і зниження числа обертів, інженер Кертіс (див. Рис 1.2), в 1900 році запропонував турбіну зі ступенями швидкості (двоступеневий або двухвенечний диск).
Пар від початкового тиску р0 до кінцевого розширюється в соплах, а на лопатках, як і в одноступінчастої турбіни, відбувається перетворення кінетичної енергії струменя пара в роботу на валу. Нерухомі напрямні лопатки, тут змінюють лише напрямок швидкості потоку, що дозволяє перерозподілити його кінетичну енергію між двома вінцями робочого колеса і дає можливість підвищити початкову швидкість потоку і, отже, ККД ступені.
Двоступеневий диск Кертіса використовується як перший ступінь скоєних багатоступеневих турбін.
Диск Кертіса дозволяє спрацьовувати теплоперепад в 3 - 4 рази більше, ніж проста активна щабель. Тому одне ступінь тиску з двома ступенями швидкості може замінити 3 - 4 прості ступені, але це призводить до зниження економічності турбіни.
Практично відносний ККД на лопатках активної турбіни зі сходами швидкості знаходиться в межах:
- для одноступінчастої - 0,70 - 0,78;
- для двоступеневої - 0,55 - 0,60;
- для триступеневої - 0,40 - 0,50.
В даний час активні турбіни зі ступенями швидкості застосовують у випадках, коли потрібен простий і надійний двигун невеликої потужності, а також в багатоступеневих турбінах в якості першої регулюючого щабля.
Робочі лопатки ступенів швидкості для зменшення швидкості та спрощення конструкції майже завжди ставлять на загальному диску (диск Кертіса). Розміри перетину проточної частини турбіни визначають за рівнянням нерозривності струменя:
де f, c, G, v - площа перетину проточної частини, м 2; абсолютна швидкість пара, м / с; витрата пара, який вважається постійним, кг / год; питома
обсяг пара, м 3 / год.