Когда мы рассказывали об эволюции турбин К-200, то упомянули про отказ от ступени Баумана. На этапе создания машин на электрическую мощность 150 – 200 МВт перед конструкторами стояла задача увеличить пропуск пара и сохранить разумные размеры турбины. Ведь делать очень длинные и прочные лопатки последней ступени, как в современных турбинах, умели не всегда. В тот период применение двухъярусной ступени Баумана стало важным этапом развития мощных паровых турбин. Но сегодня от этой технологии отказались из-за роста эффективности обычных реактивных ступеней турбин и усовершенствования системы влагоотделения в них.

На рисунке – Проточная часть с двухъярусной ступенью (ступень Баумана):
1 – двухъярусный НА; 2 – двухъярусная РЛ; 3 – верхний ярус; 4 – нижний ярус.

В чем заключалась прогрессивность ступени Баумана

Ступень Баумана — это предпоследняя ступень паровой турбины, которая имеет перегородки. Они разделяют сопловую и рабочую лопатки на два яруса — верхний и нижний. Прогрессивным данное решение считалось, поскольку его использование позволяло увеличить на 50% предельный пропуск пара в конденсатор без наращивания высоты лопаток последней ступени турбины и массы всей конструкции.

Принцип работы двухъярусной ступени: давление перед ярусами ступени Баумана одинаково. Поток пара разделяется на два — верхний и нижний. Проходя через нижний ярус, пар направляется в последнюю ступень паровой турбины, которая, в отличие от других ступеней, имеет крутой наклон периферийного обвода направляющего аппарата. На верхнем ярусе происходит теплоперепад, который равен сумме теплоперепадов последней и предпоследней ступеней в нижнем ярусе.

Высота лопатки последней ступени паровой турбины после ступени Баумана уменьшается. Так как через нижний ярус протекает не весь пар, а лишь его часть, то сокращается не только высота такой лопатки, а также ее веерность и окружная скорость на периферии. Из-за того, что через верхний ярус протекает примерно половина пара, как и на последней ступени паровой турбины, данная схема также может называться полуторной.

Почему от технологии отказались

 «Причин отказа от ступени несколько, но можно выделить основные. Первая — значительные аэродинамические потери из-за сложного двухвенечного потока, вторая — сложная в изготовлении конструкция ступени. По мере роста мощности турбин и увеличения длины рабочих лопаток стало выгоднее повышать эффективность обычных реактивных ступеней, чем использовать ступень Баумана для отбора остаточной энергии пара», - рассказал Дмитрий Абдуманатов, заместитель главного конструктора «Силовых машин» по модернизации и сервису паровых турбин.

С появлением новых, более современных технологий, ступень Баумана постепенно устарела. Вместо воплощения идеи повышения эффективности работы турбины, специалисты отмечали снижение ее общего КПД по сравнению с плановым. Например, фиксировались потери на трение, перемешивание потоков, вихри между венцами. В последней ступени турбины скапливалось много влаги, из-за этого возникала эрозия лопаток и ухудшалась надёжность — это проявлялось сильнее из-за сложного потока движения пара в ступени Баумана.

Также недостатками применения этой технологии является низкая экономичность в проточной части турбины. Данный фактор объясняется следующими причинам:

• в направляющей лопатке и рабочей лопатке верхнего яруса возникают большие числа Маха, следовательно, растут потери энергии;
• низкая эффективность выходного патрубка;
• увеличенные концевые потери в решетках;
• дополнительные потери от перетекания пара из нижнего яруса в верхний в зазоре между направляющей лопаткой и рабочей лопаткой ступени Баумана.

Новым этапом развития отечественного энергетического машиностроения стало создания мощных многоцилиндровых конденсационных турбин с увеличенными последними ступенями и улучшенной аэродинамикой проточной части. Конструкторы сосредоточились на оптимизации профилей лопаток, увеличении длины лопаток последних ступеней (позже их научились делать высотой 1000 – 1200мм, на текущий момент – до 1760мм для тихоходных турбин), использовании реактивных ступеней и совершенствовании влагоотделения. Это позволило повысить КПД и надёжность турбин без применения ступени Баумана и стало основой для развития турбин производства Ленинградского Металлического завода для тепловых и атомных электростанций.