Dòng hơi chuyển động qua rãnh cánh quạt sẽ thay đổi tốc độ và đổi h−ớng là do chịu tác dụng của các lực sau đây:
- Phản lực của cánh động lên dòng hơi. - Hiệu số áp suất tr−ớc và sau cánh.
Để xác định lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh, ta khảo sát một l−ợng hơi δm, có áp suất p1 đi vào dãy cánh với tốc độ là C1 , ra khỏi cánh động với vận tôc C2 , có áp suất p2.
Dòng hơi tác dụng lên dãy cánh một lực R, theo nguyên tắc phản lực thì dãy cánh sẽ tác dụng trở lại một phản lực R', về giá trị thì hai lực này bằng nhau, nh−ng ng−ợc chiều: R = -R'.
Lực R có thể phân ra hai thành phần:
+ Thành phần có ích Ru theo ph−ơng u (là ph−ơng vận tốc vòng u), thành phần này tạo nên công suất tuốc bin (làm quay tuốc bin),
+ Thành phần Ra theo ph−ơng dọc trục tuốc bin, thành phần này có hại, làm cho rôto tuốc bin dịch chuyển dọc trục và có thể gây ra sự cố.
Muốn xác định thành phần lực Ru , Ra , tr−ớc hết ta xác định các thành phần phản lực R'u , R'a tác dụng lên dòng hơi làm thay đổi động l−ợng của dòng. Sự thay đổi động l−ợng của dòng hơi theo ph−ơng u chỉ do tác dụng phản lực của cánh, còn sự thay đổi động l−ợng của dòng hơi theo ph−ơng a ngoài tác dụng phản lực của cánh còn có ảnh h−ởng của hiệu số áp suất (p1 - p2) tr−ớc và sau dãy cánh. Hình 6.12 biểu diễn lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh.
Theo ph−ơng trình động l−ợng ta có các thành phần phản lực: R'u = δτ δm (C2u - C1u) (6-18) R'a = δτ δm (C2a - C1a) + F(p2 - p1) (6-19) Trong đó: - δm: là l−ợng hơi khảo sát một - dτ: là thời gian khảo sát,
- C1u, C2u là hình chiếu của vectơ vận tốc C1, C2 theo ph−ơng u,
- C1a, C2a là hình chiếu của vectơ vận tốc C1, C2 theo ph−ơng a,
- F là diện tích tiết diện các rãnh cánh động (tiết diện hơi chuyển động qua cánh),
Dựa vào tam giác tốc độ trên hình 6-13 ta tính đ−ợc các thành phần lực C1u, C2u, C1a, C2a, thay vào (6-18), (6-19) và tiếp tục biến đổi toán học ta đ−ợc:
Hình 6.12. lực tác dụng của dòng hơi lên dãy cánh
Ru = -R'u = G(C1 cosα1 + C2 cosα2) (6-20) Ru = G(w1 cosβ1 + w2 cosβ2 (6-21) Ra = -R'a = G(C1sinα1 - C2sinα2 ) + F(p1 - p2) (6-22)
Ra= G(w1sinβ1 - w2sinβ2 ) + F(p1 - p2) (6-23) Thành phần lực Ru sẽ sinh ra công có ích, công suất của lực Ru sinh ra trên dãy cánh động là:
P = Ru.u (6-24)
Công suất tính cho 1kg hơi là:
L = P/G = Ru.u /G (6-25) Trong đó:
P là công suất của dòng hơi trên dãy cánh động.
G = δτ δm
: l−u l−ợng hơi qua dãy cánh tuốc bin,
Ru là thành phần lực của dòng hơi sinh ra theo ph−ơng chuyển động, u = π.d.n là tốc độ dài của dòng hơi tính trên cánh tuốc bin,
n là tốc độ quay của tuốc bin, (vg/s)
d là đ−ờng kính trung bình của dãy cánh, (m)
Dựa trên tam giác tốc độ vào và ra, tiếp tục biến đổi l−ợng giác ta đ−ợc công suất do 1kg hơi sinh ra trên cánh động là:
L = 1/2.(C12- w12 + w22 - C22 ), [W] (6-26) Nếu tuốc bin có nhiều tầng thì công suất tổng của tuốc bin sẽ bằng tổng công suất của các tầng.
6.3.2. Tổn thất năng l−ợng và hiệu suất trên cánh động của tầng 6.3.2.1. Tổn thất tốc độ ra