CAP. III INSTALAŢII DE TURBINE CU ABUR

3.1 Schema si ciclul teoretic al instalatiei cu abur

Ciclul motor cu abur are loc intr-o instalatie complexa cuprinzind, in principal, patru elemente: cazanul sau in cazul instalatiilor nucleare generatorul de abur, turbina, condensatorul si pompa ridicatoare de presiune Fig. 3.1.

Turbină Generator

Cazan

Fig. 3.1 Schema de ansmablu a instalaţiei electroenergetice cu T.A.

Ciclul teoretic al instalatiei cu abur este ciclul Rankine-Hirn, cuprins intre doua izobare -curbe de presiune constanta si doua izentrope – curbe de fara schimb de energie cu exteriorul (Fig. 2.2). Fazele ciclului sint:

- incalzirea izobara ABCD, in cazan. Se primeste caldura q1 = aria ABCD- destindere izentropa DE in turbina. Se produce lucrul mecanic lt = aria A’ABCDEFF’A’.- condensare izobara EF, in condensator. Se cedeaza caldura reziduala q2 = aria aFEda. In aceasta faza aburul ajuns in condensator elibereaza caldura de vaporizare si se transforma din abur in lichid pentru ca ulterior sa se reduca cheltuielile cu pomparea.- compresie izentropa FA in pompa. Se consuma lucrul mecanic lp = aria A’AFF’A’. Intrucit se comprima apa, lucrul de pompare este foarte mic comparativ cu restul ciclului.Lucrul mecanic al ciclului este l = lt – lp = aria ABCDEFA.

Fig. 3.2

C

T

CondensorPompă

T

S

E

D

A

BC

q2

q1

F

K

Pompa

alimentare

In cazul centralelor nucleare datorita conditiilor restrictive impuse de temperatura combustibilului nu are loc la iesirea din generatorul de abur o supraincalzire a aburului, astfel ca suprafata incalzirii izobare este mai mica (Fig. 3.3). Pentru a compensa acest lucru si a produce acelasi lucru mecanic, centralele nucleare opereaza cu debite mai mari de abur.

Fig. 3.3

Randamentul teoretic termic al ciclului este:

ηt = l/q1 = (lt – lp)/q1 = aria ABCDEFA/ aria ABCD

1. Imbunatatirea randamementului termic teoretic al ciclului

In general pentru o instalatie care are ciclul de mai sus randamentul variaza intre 33 – 35% functie de parametrii ciclului, adica in lucru mecanic util se regaseste doar a treia parte din energia eliberata de combustibil. Din acest motiv eforturi deosebite se iau pentru marirea randamentului ciclului.

Metodele se impart in doua grupe:

a) metode urmarind ridicarea temperaturii medii superioare – marirea presiunii aburului; marirea temperaturii de supraincalzire; supraincalzirea intermediara; preincalzirea apei de alimentare; cicluri binare.

b) metode urmarind micsorarea temperaturii medii inferioare – coborirea presiunii finale prin condensatie.

T

S

E (ict)

A (ia)

B C (io)

q2

q1

F

K

a

a) Marirea presiunii aburului saturat

Prin marirea presiunii, temperatura de saturatie creste continuu. Pentru ciclul fara supraincalzire temperatura de saturatie superioara creste rapid cu presiunea pina la 3,5 – 4 MPa, apoi din ce in ce mai lent pina la circa 15 MPa si scade in apropierea punctului critic. La cresterea presiunii, curba de destindere se deplaseaza spre stinga, deci titlul final al turbinei scade (Fig. 3.4)

Fig. 3.4

Acest ciclu este utilizat in cazul instalatiilor nucleare, folosindu-se presiuni de pina la 5 MPa din ratiuni economice privind investitia (cu cit creste presiunea cu atit grosimea recipientilor se mareste si implicit consumul de materile) in plus umiditatea finala devenind exagerata, sint necesare masuri suplimentare pentru retinerea picaturilor de apa, atat la intrarea in turbina cit si intre corpurile turbinei.

b) Supraincalzirea aburului

Prin supraincalzire, temperatura superioara creste aproximativ liniar. Cresterea temperaturii este limitata din ratiuni pratice, reprezentate de limitele de fluaj ale materialelor utilizate (peste anumite temperaturi materialele utilizate la realizarea incalzitoarelor si paletelor turbinei se apropie de domeniul plastic si pot apare deformatii permanente care pot duce la deteriorarea acestora). Cresterea temperaturii duce la deplasarea curbei de destindere spre dreapta, deci la cresterea titlui final (Fig. 3.5)

Fig. 3.5

T

S

A

B

C’’

K

B’B’’

C’C

EE’E’’X scade

T

S

A

B

K

E E’E’’

X creste

B DD’

D’’

Supraincalzirea intermediara

Dupa destinderea partiala (Fig. 3.6) din turbine in cazul instalatiilor nucleare, aburul este trecut printr-un supraincalzitor (alimentat cu abur de la iesirea din generatorul de abur) si apoi se destinde in continuare in turbina. Trebuie mentionat ca un proces similar se aplica si in cazul instalatiilor cu combustibil conventional datorita avantajelor metodei, in cazul instalatiilor nucleare acesta fiind necesar pentru protectia ultimelor palete ale turbinei.

Supraincalzirea intermediara prezinta urmatoarele avantaje:

- creste temperatura medie superioara a procesului, deoarece temperatura medie a procesului este mai mare decit temperature medie de incalzire din generatorul de abur.

- creste titlul final al aburului, fiind posibila utilizarea unei presiuni superioare a cilului mai mari fara temperature exagerate. Aceasta duce la o crestere a randamentului turbinei de pina la 8 – 12%.

- Creste aria ciclului deci lucrul mecanic pe kilogramul de abur.

Generator

Turbina

Preincalzitor

Pompa Condensor

Fig. 3.6

Preincalzirea apei de alimentare

Prin introducerea apei deja incalzite in generatorul de abur, temperatura medie a procesului din generatorul de abur creste, iar necesarul de combustibil scade. Se foloseste asa numita preincalzire regenerative, adica se foloseste caldura reziduala a aburului care s-a destines deja in turbina.

Fig. 3.7

T

A

B

K

C

D

E

F

Cazan

Pentru a putea trece caldura de la abur la apa, aburul folosit in preincalzitoare trebuie sa aiba o temperatura desaturatie cu 5 - 7 grd mai mare decit temperature apei, deci aburul trebuie scos din turbine inainte de destinderea totala. Aceasta se realizeaza prin puncte de extractie (prize) nereglate (Fig. 3.7 prezinta schema cu o treapta de preincalzire).

Aburul de la priza merge la preincalzitor cedeaza caldura Qp, condensindu-se iar condensatul este reintrodus in circuitul principal.

Folosirea preincalzirii are doua efecte:

a) micsorarea caldurii necesare in generatorul de abur cu Qp si deci reducerea consumlui de combustibil;b) micsorarea lucrului mecanic necesar pentru pomparea aburului utilizat la preincalzire cu aria ΔL = aria EFDD’. Randamentu teoretic este :

ηt = (L – ΔL)/(Q1 – Qp)

Pentru a mari eficienta preincalzirii, trebuie micsorata pierderea de lucru mecanic prin folosirea preincazirii in trepte, cu abur de presiune din ce in ce mai mare.

In scopul unei cresteri maxime a randamentului, se recomanda cresteri egale ale temperaturii apei la fiecare treapta de preincalzire. Functie de parametrii ciclului, numarul de prize poate fi maxim opt. In cazul instalatiilor nucleare unde temperaturile sint mai reduse se utilizeaza de obicei cinci trepte de preincalzire.

Condensatia

Condensatorul are rolul de a micsora presiunea la evacuarea aburului din turbina. Prin aceasta se mareste lucrul de destindere obtinut in turbina, crescind sensibil randamentul.

Condensatorul este un recipient inchis, bine etansat si racit continuu cu apa. Patrunzind in spatial rece, aburul se condenseaza, micsorindu-si foarte mult volumul specific. In spatiul condensatorului se afla vapori in stare de saturatie la temperatura respectiva, avind presiunea ps, si aer, care patrunde prin neetanseitati sau este adus de apa de adaos si care exercita presiunea pa. Conform legii lui Dalton, presiunea in condensator este:

pc = ps + pa

Pentru a micsora presiunea in condensator este necesara micsorarea celor doua presiuni partiale, ceea ce impune o buna racire si extragerea continua a aerului.

Pentru a marii cit mai mult suprafata utila asa cum este prezentata in diagrama Rankine se raceste cit mai bine aburul la iesirea din turbina. Se ating in acest fel presiuni in condensator de 3 ÷ 7 kPa(a). Tinind cont de faptul ca presiunea atmosferica este de 100 kPa(a) inseamna ca zona din preajma condensatorului lucreaza sub vid si trebuie luate masuri pentru reducerea infiltratiilor de aer.

Apa de racire poate fi luata din riuri, lacuri sau mare (racire in circuit deschis) sau poate fi folosita mereu aceasi apa, care la rindul ei este racita in turnuri sau in bazine (racire in circuit inchis). Intrucit in ambele cazuri temperatura variaza in timpul anului, pentru dimensionarea turbinei se considera cea mai frecventa temperatura pe toata durata anului.

PROCESUL TERMIC DIN TURBINA IN ANSAMBLU

Procesul termic teoretic si real din turbina

Procesul turbinei cuprinde o singura faza a ciclului Rankine si anume destinderea. Din cauza curgerii rapide a aburului, procesul este practic adiabatic. Lucrul mecanic in turbina este egal cu caderea de entalpie:

dl = - di sau l = i0 – ic = H sau h [J/kg]

Pentru intregul proces al turbinei, caderea de entalpie va fi notata cu H, iar pentru o treapta sau regiune din turbina cu h.

Procesul teoretic in turbina este izentropa ABt (Fig. 2.8). Lucrul mecanic teoretic este:

lt = i0 – ict = Ht [J/kg] (Ht - caderea teoretica, impropriu denumita si cadere adiabata)

Fig. 3.8

In mod real in turbina apar diferite pierderi interne care duc la micsorarea lucrului mecanic produs si la incalzirea aburului. Procesul real este o adiabata ireversibila, reprezentata aproximativ prin oblica AB din fig. 3.1. Caderea de entalpie in procesul real se numeste cadere interna;

Hi = i0 – ic

Lucrul mecanic transmis rotorului in procesul real se numeste lucru intern Li. Raportul dintre lucrul intern si lucrul teoretic se numeste randament intern sau termodinamic:

ηi = Li / Lt

Pierderile interne sint date de diferenta dintre lucrul mecanic teoretic si lucrul mecanic intern, avind:

ΔH = Ht – Hi = ic – ict

Randamentul turbinei

S-a vazut ca din cauza pierderilor interne, aburul transmite rotorolui un lucru mecanic intern mai mic decit cel teoretic:

Li = ηi Lt

Lucrul mecanic efectiv Le, adica lucrul mecanic dat la cupla turbinei, este mai mic decit lucrul mecanic intern din cauza pierderilor externe, de natura mecanica: frecari in lagare, consumul instalatiilor auxiliare (pompe de ulei, sistem de reglare etc.). Raportul dintre lucrul mecanic efetiv si lucrul mecanic intern se numeste randament mecanic:

ηm = Le / Li

In studiul turbinelor se folosesc si randamente mai complexe.

Randamentul efectiv relativ sau, pe scurt , randamentul efectiv este raportul dintre lucrul efectiv si lucrul teoretic:

ηe = Le / Lt = (Le / Li )x(Li / Lt ) sau ηe = ηi ηm

Randamentul efectiv absolut sau randamentul total al turbinei este raportul dintre lucrul efectiv si caldura primita de la abur:

ηea = Le / Q1 = (Le / Li )x(Li / Lt )x(Lt / Q1 ) sau ηe = ηi ηmηt

In cazul agregatelor turbina - generator electric, de obicei se masoara puterea la bornele generatorului electric (acesta este un factor important in determinarea productiei de energie electrica si implicit cistigurile unitatii). In acest caz trebuie considerat si randamentul generatorului electric ηg. Randamentul general al turboagregatului este:

ηagregat = ηg ηea = ηi ηmηtηg

In prezent, prin dezvoltarea tehnologiilor de realizare a agregatelor si pentru puteri unitare ridicate (puteri de peste 500MWe) s-au ajuns la valori ale randamentelor agregatelor de peste 85%, atingindu-se pentru randamentele mecanice si randamentul generatorului electric la valori de 95%.

Consumul specific de caldura. Cantitatea de caldura pentru producerea unitatii comerciale de energie (kilowattora, kWh) se numeste consum specific de caldura qe [J/kWh]. Din formula randamentului total al turbinei si luind valorile unitare de energie (1kWh = 3,6x106 J) rezulta:

ηea = Le / Q1 = 3,6x106 / qe sau qe = 3,6x106 / ηea

Deci consumul specific de caldura este invers proportional cu randamentul total al agregatului. Acest parametru este utilizat in evaluarea agregatului, deoarece cu cit un consum specific de caldura este mai mare cu atit cheltuielile cu productia de energia electrica sint mai mari.

Consumul de abur al turbinei

Se considera o turbina impartita in mai multe trepte prin care circula debitele D1, D2 … [kg/s]; in fiecare regiune aburul produce un lucru intern hi1, hi2, … [J/kg]. Puterea interna produsa de abur este suma puterilor dezvoltate pe regiuni:

Pi = Σ Dk hik [J/s]

Tinind cont de randamentul mecanic putem scrie:

Σ Dk hik = 103 Pe / ηm [J/s] deoarece 1kW = 1000 J/s

a) Turbine fara prizeDin ecuatia de mai sus, suma are un singur temen si in acest caz ea devine:

D Hi = 103 Pe / ηm

Deci consumul de abur pentru producerea energiei electrice este:

D = 103 Pe / Hi ηm

Din aceasta formula se poate vedea specificul centralelor nucleare fata de cele conventionale. Pentru a produce aceasi energie electrica, la o cadere mai mica de entalpie (datorata lipsei supraincalzirii) este necesara utilizarea unui debit mai mare de abur. Consecinta debitului mare de abur determina un necesar mai mare de apa de racire, ceea ce determina amplasarea centralelor nucleare in apropierea unei surse de apa de racire cu debit ridicat.

Consumul specific de abur , adica consumul pentru producerea unitatii de energie (kWh) devine :

a = Dh[kg/h]/Pe

[kWh/h] = 3600x103Pe/ Hi ηm

acest parametru este un indicator pe durata de viata a centralei, pentru a verifica in timp pierderea eficientei termice a centralei. In general se urmareste acest parametru si se iau masuri ca acesta sa fie cit mai aproape de valoarea initiala de proiect.

b) Turbine cu prize nereglabile

Debitele si presiunile de abur extrase la prize se stabilesc la calculul ciclului termic al centralei pentru a realiza o anumita preincalzire a apei de alimentare. Debitul la prize se pot determina in raport cu un debit unitar la evacuare sau cu un debit unitar la admisie.

Debit unitar la evacuare. (Fig.3.9 Fie a1, a2, … debitele iesite la prize pentru 1kg abur trimis la condensator. In turbina intra debitul (a1 + a2 + …. + 1) [kg]. In realitate la condensator se trimite debitul Dc [kg/s], deci toate debitele vor fi amplificate cu Dc asa ca debitul care intra in turbina va fi:

D0 = Dc(a1 + a2 + …. + 1) [kg/s]

Fig. 3.9

In treapta I circula intregul debit Dc(a1 + a2 + …. + 1), destinzindu-se cu hi1. In urma iesirii debitului Dca1 prin priza, prin treapta II circula numai debitul Dc(a2 + …. + 1) care se destinde cu hi2 s.a.m.d. Aplicind formula de calcul a puterii in treptele turbinei rezulta:

Dc(a1 + a2 + …. + 1)hi1 + Dc(a2 + …. + 1)hi2 + …. + 1hic = 103 Pe / ηm sau

Dc = 103 Pe / ηm[(a1 + a2 + …. + 1)hi1 + (a2 + …. + 1)hi2 + …. + 1hic] [kg/s]

In acest mod se poate determina datele de intrare pentru dimensionarea condensatorului cunoscind puterea electrica dorita a se produce de centrala.

Se remarca efectul favorabil pentru turbine al prizelor regenerative in sensul unei tendinte de uniformizare a debitului volumic in lungul turbinei: se mareste debitul la admisie, unde volumul specific este mic si micsoreaza debitul la evacuare, unde volumul specific este foarte mare.

b) Turbine cu prize reglabileIn cazul prizelor reglabile se aplica aceleasi formule ca si in cazul turbinelor cu prize nereglabile cu

singura deosebire ca, la anumite trepte debitul in loc sa fie constant acesta variaza functie de necesar, intre zero si valoarea maxima. In general, la prizele reglabile, pentru o dimensionare economica a turbinei se introduce limitari referitor la debitul maxim ce poate fi preluat de priza reglabila (turbine trebuie dimensionata pentru debitul minim la priza iar la extragerea debitului maxim partea turbinei de dupa priza este utilizata ineficient).

Sa consideram cazul unei instalatii nucleare care cuprinde circuitul regenerativ format din urmatoarele elemente: trei preincalzitoare de joasa presiune PJP, degazorul ( cu rol de extragere a aerului introdus in circuit fie de infiltratiile de aer fie de apa de adaos) si doua preincalzitoare de inalta presiune PIP (Fig. 3.10).

In aceasta configuratie se utilizeaza atit prize fixe pentru preincalzirea apei cit si o priza reglabila pentru alimentarea degazorului. Pentru prizele fixe dimensionarea debitului extras se realizeaza pentru asigurarea preincalzirii apei (in acest sens realizindu-se o distributie uniforma de caldura transmisa la fiecare preincalzitor). In cazul degazorului necesarul de abur se dimensioneaza pentru mentinerea unei temperaturi constante (degazorul este un schimbator de caldura de amestec aflat la saturatie) pentru a asigura extragerea gazelor dizolvate in apa de alimentare a generatorului de abur.

Generator

abur

a1

a2

a3

a4 a5 a6

PIP

Pompa alimentarePJP

Degazorr

Pompa condensor

Condensator

Generator

electric

Turbina

D0

Dc

Turbina cu gaze

Constructiv asemănătoare celei cu abur, se execută în general de tip axial, deosebindu-se funcţional de turbina cu abur prin solicitarea termică puternică a paletelor datorită temperaturii ridicate a gazelor. Turbina constituie acel element al motorului care are sarcina de a transforma în lucru mecanic energia gazelor rezultate din arderea combustibilului. Pentru aceasta este necesară transformarea energiei potenţiale a gazelor ce ies din camera de ardere în energie cinetică. Aşadar, procesul de funcţionare a turbinei are loc în două faze :

- prima, de transformare a energiei potenţiale a gazelor în energie cinetică;

- a doua, de transformare a energiei cinetice în lucru mecanic.

Prima parte a procesului de funcţionare are loc în ajutaje speciale, fixe, dispuse în faţa rotorului turbi nei; în ajutaje, gazele arse se destind de la presiunea cu care ies din camera de ardere până la o presiune oarecare, care poate fi chiar presiunea atmosferică (de cele mai multe ori se face o destindere parţială); energia potenţială a gazelor se transformă în energie cinetică. In partea a doua a procesului, gazele pătrund în turbină cu mare viteză unde, acţionând asupra paletelor, le imprimă mişcarea de rotaţie.

La construcţia motoarelor cu turbină cu gaze pentru sistemele de propulsie navale se utilizează atât turbine axiale, cât şi radiale (centripete), în turbinele axiale direcţia de scurgere a gazelor este paralelă cu axa turbinei, în timp ce la turbinele centripete direcţia de scurgere este radială. După principiul de funcţionare, turbinele cu gaze axiale se împart în: turbine cu acţiune şi turbine cu reacţiune. La turbinele cu acţiune procesul de destindere a gazelor, deci de transformare a energiei potenţiale în energie cinetică, are loc numai în stator (numit şi aparat director); din această cauză presiunea gazelor la trecerea prin rotor rămâne constantă. La turbinele cu reacţiune destinderea gazelor are loc atât in statorul turbinei, cât şi în paletele rotorului.

Figura 3.11 Principiul de funcţionare a turbinei cu gaze

a- schema turbinei: b - secţiune circulară prin paletele statorului şi ale rotorului.

Pentru a putea aprecia modul în care se produce lucrul mecanic, în fig. 3.11 s-a reprezentat statorul şi rotorul unei turbine cu acţiune. După cum se poate urmări pe figură, reţeaua de palete a statorului formează canale de scurgere convergente, iar reţeaua de palete a rotorului, canale de scurgere de secţiune constantă. După ieşirea din camera de ardere, gazele, care au presiunea şi temperatura ridicate, pătrund în paletele statorului, unde se destind; ca urmare, presiunea şi temperatura gazelor scad, iar viteza lor creşte până la viteza absolută C t (300—500 m/s). Deoarece paletele rotorului se mişcă cu viteza periferică U, gazele intră în reţeaua de palete sub un anumit unghi cu viteza Wj relativă faţă de Clt

denumită şi viteză relativă. Viteza Wj este egală cu diferenţa geometrică dintre viteza C t şi viteza U. Din analiza modului de scurgere rezultă că pentru a crea condiţii optime pentru intrarea gazelor în paletele rotorului, acestea trebuie astfel profilate încât viteza relativă W să fie tangentă la profilul paletelor; în caz contrar, pierderile de energie sunt mari.

După ce gazele au pătruns în reţeaua de palete a rotorului, ele se scurg prin canalizaţiile curbate ale acesteia, ceea ce are ca rezultat apariţia unei forţe centrifuge care acţionează asupra paletelor şi dă naştere unui moment de antrenare, deci mişcării de rotaţie a rotorului turbinei. Dacă se neglijează pierderile prin frecare, se poate considera că viteza de scurgere a gazelor prin paletele rotorului este constantă (deoarece secţiunea de scurgere este constantă). Din această cauză viteza relativă la ieşire W2 va fi egală cu viteza relativă la intrare Wj. Viteza cu care gazele părăsesc turbina, deci viteza absolută C2, se determină din triunghiul vitezelor la ieşire din turbină; ea este egală cu suma geometrică a vitezelor W2 şi U. Gazele părăsesc turbina cu o anumită cantitate de energie cinetică care, bineînţeles, nu mai este transformată în lucru mecanic util. Întrucât eficacitatea funcţionării oricărei maşini este determinată de gradul de folosire al energiei, înseamnă că eficacitatea turbinei cu gaze este maximă când energia cinetică a gazelor la ieşire are valoarea minimă. După cum se constată din triunghiul vitezelor pe care le au gazele la ieşirea din turbină, viteza C2 depinde atât de viteza relativă W2, cât şi de viteza periferică U. Deoarece viteza W2 depinde de W1, iar din triunghiul vitezelor de la intrare se constată că viteza W1 depinde de viteza periferică a paletelor U şi de viteza absolută Q cu care gazele ies din aparatul director, rezultă că viteza C2 (şi ca urmare şi energia care se va pierde) depind de viteza C1 şi de viteza periferică U. Se demonstrează că eficacitatea maximă se obţine pentru anumite valori ale raportului U/C1, care la turbinele cu gaze are valoarea optimă cuprinsă între 0,7—0,9. Această constatare ne permite să explicăm una din proprietăţile fundamentale ale turbinelor cu gaze şi anume funcţionarea lor la turaţii mari şi chiar foarte mari. Într-adevăr, dacă se ţine seama de vitezele care se realizează la ieşirea din stator (300 — 500 m/s) şi de valorile amintite ale raportului U/C1 rezultă că viteza periferică a paletelor turbinei va fi cuprinsă între 200 — 450 m/s. Pentru a obţine aceste viteze, turbinele cu gaze efectuează 8 000 până la 40 000 rot./min şi chiar mai mult, în funcţie de .diametrul rotorului turbinei (cu cât diametrul este mai redus, cu atât turaţia sa este mai mare). Acest lucru rezultă şi din relaţia:

U = r n/30;

în care:

- U - este viteza periferică a paletelor rotorului;

- r - raza paletelor;

- n - turaţia turbinei.

Spre deosebire de turbina cu acţiune, la turbina cu reacţiune destinderea gazelor are loc atât în stator, cât şi în paletele rotorului. În acest scop, paletele rotorului sunt profilate astfel încât să formeze canale de scurgere convergente, la fel ca în stator. Profilul paletelor şi triunghiurile vitezelor la turbina cu reacţiune sunt prezentate în fig. 3.12. Lucrul mecanic pe care îl dezvoltă turbina cu reacţiune depinde nu numai de energia cinetică a gazelor, ci şi de efectul de reacţiune datorat destinderii gazelor la trecerea prin reţeaua de palete a rotorului.

Figura 3.12 Reţeaua de palete a turbinei cu gaze cu reacţiune (a) şi secţiune circulară prin paletele statorului si rotorului (b)

Întrucât la turbina cu reacţiune destinderea gazelor în aparatul director este mai mică decât la turbina cu acţiune, viteza de scurgere a gazelor este mai redusă. Ca urmare, pierderile prin frecare sunt mai mici şi randamentul turbinei creşte. Acesta este şi motivul pentru care turbina cu reacţiune a căpătat o largă utilizare în domeniul sistemelor de propulsie navale.

Dacă gazele arse se găsesc la presiuni şi temperaturi ridicate şi transformarea energiei lor în lucru mecanic are loc într-o turbină compusă numai dintr-un singur rând de palete statorice şi un singur rând de palete rotorice (turbină cu o singură treaptă), viteza de scurgere a gazelor şi turaţia turbinei sunt relativ mari; acest fapt conduce la pierderi mari şi ridică probleme la construcţia turbinelor. De aceea, frecvent, destinderea are loc în mai multe trepte, ceea ce face ca vitezele de scurgere a gazelor şi de rotaţie a turbinei să se reducă. La turbina radială, gazele care pătrund în rotor conţin pe lingă energia cinetică cu care vin din stator şi o energie potenţială, datorită forţei centrifuge. Ultima parte a energiei se reduce pe măsură ce gazele se apropie de centru, transmiţându-se integral asupra rotorului (deoarece ea nu este legată de condiţiile de scurgere prin rotor). Factori care influenţează randamentul turbinei

Din analiza modului de funcţionare a rezultat că turbina nu foloseşte întreaga energie pe care o conţin gazele la ieşirea din camera de ardere. De asemenea, s-a menţionat că nu este posibilă transformarea integrală în lucru mecanic a energiei cinetice. Apare evident întrebarea: unde se pierde această energie şi care sunt căile de a o reduce.

Primele pierderi de energie apar la scurgerea gazelor prin paletele statorului; ele se datoresc atât frecării gazelor de pereţii canalelor de scurgere, cât şi mişcărilor turbionare care se produc la trecerea gazelor prin canale. Acestea reprezintă 3—8% din totalul pierderilor. O altă cantitate de energie se pierde la trecerea gazelor, din stator în reţeaua de palete a rotorului, precum şi la scurgerea pe această reţea; şi în acest caz pierderile se datoresc frecărilor şi mişcărilor turbionare. De regulă, valoarea acestor pierderi este cuprinsă între 4—10% dar ea poate creşte când turbina nu lucrează la regimul ei de calcul.

Pierderi importante de energie se produc şi atunci când viteza de ieşire a gazelor din turbină (C2) este mare; valoarea acestor pierderi este de 3—10%. În plus, pierderi de energie se mai produc datorită frecării rotorului cu gazele, neetanşeităţii şi transmiterii căldurii gazelor către exterior; de obicei aceste pierderi nu depăşesc 5%. În afara pierderilor de energie enumerate, o parte din energia dezvoltată de turbină se consumă pentru învingerea lucrului mecanic de frecare din lagărele de susţinere ale arborelui turbinei şi pentru acoperirea consumului de energie folosită la antrenarea instalaţiilor auxiliare (pompa de combustibil, pompa de ulei etc.). Aceste pierderi de energie sunt apreciate prin randamentul mecanic al turbinei, a cărui valoare este de 0,97—0,98.

Îmbunătăţirea randamentului turbinei cu gaze este legată de perfecţionarea construcţiei întregului traiect de scurgere a gazelor (realizarea unor profiluri corespunzătoare a paletelor statorului şi ale rotorului şi îmbunătăţirea gradului de finisare a suprafeţelor de scurgere), de crearea unor condiţii optime de scurgere din aparatul director în reţeaua de palete a rotorului la toate regiunile de funcţionare şi de reducere a pierderilor mecanice.