Принцип действия думмиса и определение диаметра разгрузочного поршня

Выше было установлена, что суммарная осевая сила, действующая на ротор, турбины, складывается из силы , действующей на рабочие лопатки, и силы , определяемой давлением пара на торцевые поверхности ротора. Принцип действия разгрузочного поршня (думмиса) заключается в следующем. Необходимо так сконструировать ротор турбины, чтобы сила была направлена в противоположную сторону силе и полностью или частично уравновешивала ее. С принципом действия думмиса познакомимся на конкретном примере. На рис.103 показана принципиальная схема активно-реактивной турбины с думмисом. Думмис представляет собой участок барабана ротора 1 (диаметр думмиса D_п может быть больше, как на схеме рис.103, меньше или равен диаметру барабана D_б), на котором размещены лабиринтовые 2 уплотнения. Полость за думмисом специальными трубами 3 соединена с полостью за последней ступенью турбины и потому в ней поддерживается давление Р_z.

Сила , рассчитываемая обычным образом, направлена слева направо. Теперь подсчитаем силу . Заметим, что первая ступень турбины активная, поэтому давление по обе стороны диска равна Р₁ и силы давлений на кольцевую поверхность площадью уравновешивают друг друга. Наличие уплотнений думмиса обеспечивает равенство давлений по обеим сторонам ротора, поэтому силы давлений на кольцевую поверхность площадью также уравновешивают друг друга.

Остается кольцевая поверхность, площадью ; слева на эту поверхность действует давление Р_z, а справа – Р₁. Таким образом, сила направлена справа налево, а величина этой силы составляет:

(4.6.8)

Степень разгрузки осевой силы зависит от диаметра думмиса. Для полной разгрузки необходимо условие:

(4.6.9)

Подставляя значение в (4.6.9), получим:

(4.6.10)

Откуда найдем диаметр думмиса D_п, необходимый для полной разгрузки осевой силы: (4.6.11)

В практике не всегда стремятся полностью разгрузить осевую силу и потому диаметр разгрузочного поршня может быть меньше, чем величина D_п, определяемая формулой (4.6.11). Полная разгрузка осевой силы не всегда выгодна по следующим причинам. Во-первых, при этом растет диаметр поршня D_п, а, следовательно, и габариты всей турбины. Во-вторых, при увеличении диаметра поршня D_п растут протечки пара через уплотнения думмиса и уменьшается количество пара, совершающего полезную работу.

С целью частично использовать энергию пара, просочившегося через уплотнения думмиса, иногда этот пар направляют не за последнюю ступень, а в несколько последних ступеней. При этом, естественно, эффективность разгрузки осевой силы снижается, т.к. возрастает давление за думмисом.

Таким образом, имея схему проточной части турбины и распределение давлений по ступеням, можно решить две задачи:

- по заданному диаметру поршня D_п определить суммарную осевую силу, действующую на ротор турбины;

- задавшись допустимым значением осевой силы Р_а, определить необходимый диаметр разгрузочного поршня.