Размер площади выхлопа определяется средним диаметром и длиной рабочей лопатки последней ступени. Отношение этих двух параметров представляет собой важную характеристику, во многом определяющую конструкцию части низкого давления турбины. За последние 20 лет наблюдается тенденция роста площадей выхлопов, обусловленная увеличением длины активной части лопаток последних ступеней турбины. Длины этих лопаток составляют 660, 740, 780, 852, 960, 1050 мм (на Ленинградском металлическом заводе имени XXII съезда КПСС находится в стадии отладки лопатка с длиной активной части 1200 мм из титана).
При создании последних ступеней приходится решать проблемы, связанные с вопросами газодинамики и прочности, технологии изготовления и металлургии. Снижение мощности турбины приводит к существенному изменению объемного расхода рабочего тела на выходе из рабочего колеса последней ступени. Меняется он также и при изменении давления в конденсаторе. Переменность объемного расхода связана с изменениями: теплового перепада на ступень; степени реактивности и градиента реактивности по радиусу; и/с0 (где и — окружная скорость; с0 — полная скорость потока), а следовательно, с изменениями величины и направления выходной скорости, а также Характера ее распределения по радиусу.
Указанные особенности при уменьшений объемного расхода приводят, если не принять специальных мер, к быстрому падению степени реактивности в прикорневой зоне и, как следствие, к появлению отрицательных ее значений, в результате чего в этой зоне наблюдаются повышенные потери энергии, усугубляющиеся потерей устойчивости движения и отрывом потока как на прикорневом обводе, так и на спинках профилей.
Последняя ступень характеризуется также значительным углом подъема наружного меридионального обвода. Это обстоятельство может привести к дополнительным потерям, связанным с обтеканием профилей по косым поверхностям в слое переменной толщины и с некоторыми другими факторами, в результате чего легко возникает отрыв потока от наружной меридиональной границы и спинки профиля. Рост углов наклона меридиональных обводов и чисел М (где М— коэффициент Маха) на выходе из направляющего аппарата приводит к значительному росту градиента степени реактивности по радиусу, существенно отличающемуся от рассчитанного без учета этих факторов.
Перечисленные недостатки присущи в той или иной мере выпущенным ранее (до 70-х годов) ступеням. Причем неполадки, связанные с работой последних ступеней на сниженных режимах и холостых ходах, в значительной степени могут быть объяснены неупорядоченными процессами течения, о которых уже сказано.
ХТЗ имени С. М. Кирова несколько лет назад приступил к проектированию двух последних ступеней, одна из которых с длиной рабочей лопатки 1030 мм предназначалась для ряда турбин на 3000 об/мин, в том числе турбин АЭС, другая, с длиной активной части рабочей лопатки 1450 мм, — для турбин на 1500 об/мин, устанавливаемых на АЭС. Это не исключает возможность применения ее для турбин на органическом топливе. В проекты новых ступеней были заложены принципы, позволяющие получить более совершенные характеристики. В соответствии с этими принципами были выбраны основные соотношения геометрических параметров и формы конструктивных элементов, обеспечивающих эксплуатационную надежность. Влияние различных параметров на характеристики ступени было проверено в многочисленных экспериментах.
Одна на этих ступеней к настоящему времени прошла эксплуатационную проверку в течение 25 тыс. ч работы, другая — цикл всесторонних исследований, в результате которых было выяснено, что принципы, заложенные в конструкцию, обеспечивают более устойчивую работу на частичных режимах и повышение КПД ступени на 2,5% по сравнению со старыми конструкциями. Завод продолжает работы, направленные на создание новых перспективных конструкций последних ступеней.
