Разность энтальпий начала процесса течения i₀ и в точке c₁ при выходе iс₁ определяет использованный на окружности турбин­ного колеса теплоперепад, который называется окружным в сту­пени:

h_u = i₀ – i_C1.

Из процесса расширения на S—і-диаграмме (см. рис. 74) ок­ружной теплоперепад

Отношение окружного теплоперепада h_и к располагаемому h_а называется окружным коэффициентом полезного действия

Окружной к.п.д. ступени можно рассматривать как отношение работы пара на окружности ступени к располагаемой работе:

В активной ступени располагаемая работа определяется за­пасом кинетической энергии на выходе из сопла в результате адиабатного расширения L₀ = c_1t² / 2 . Подставив значения L₀ и L_u из формулы (28) в формулу (32), получают

Подставим в формулу (33) из треугольников скоростей (см. рис. 72) значения: c_1u = u + w₁cos ?₁ и с_2u = w₂cos?₂ - u.

Тогда

Из выражения (34) следует, что окружной к. п. д. ступени зависит от следующих величин:

—   коэффициента скорости ? в сопле, на который влияют ка­чество изготовления сопел и их содержание в хорошем состоянии;

—  коэффициента скорости ?, который определяется углом по­ворота струи и трением;

—  угла наклона сопла ?₁; чем хменьше угол ?₁, тем выше к. п. д., но это действительно только до определенных пределов, так как с уменьшением ?₁ уменьшается угол ?₁ и, следовательно, увеличивается угол поворота струи, что вызывает уменьшение скоростного коэффициента ? (наивыгоднейшие значения ?₁ = = 10?16° С);

—    углов ?₁ и ?₂; при уменьшении ?₂ по сравнению с углом ?₁ к. п. д. увеличивается, однако уменьшение ?₂ увеличивает угол поворота струи пара, что приводит к уменьшению коэффициента ? и к. п. д. (наивыгоднейшими значениями являются ?₂=?i— (3?15°) — для ступеней ТВД и ?₂ = ?₁—(7?25°)—для ступе­ней ТНД). Лопатки современных активных турбин практически выполняются несимметричного профиля, т. е. с некоторой сте­пенью реакции, повышающей к. п. д. ступени;

—   отношения u / c₁, которое является основной характеристикой ступени. При двух значениях u / c₁ = 0 и u / c₁ = cos ?₁ окружной к. п. д. равен нулю. Между этими значениями ?_u имеет и максимум.

Для того, чтобы найти значение u / c₁, при котором будет достигнут наибольший ?_и, необходимо приравнять нулю первую производную выражения. Принимая все величины постоян­ными, кроме u / c₁, получают

Из последнего выражения следует, что при ?₁ = 0 наивыгоднейшее отношение для активной ступени составляет u / c₁ = 1/2. В реактивной ступени располагаемая работа в ступени эквива­лентна сумме адиабатных теплоперепадов h_ан и h_ар, т. е.

L₀ = (h_ан + h_ap) 10³,

а работа на окружности колеса

L_u = u (2с₁ cos ?₁ — и).

Подставив значения L₀ и L_u в выражения (32а) и произведя такие же преобразования, как и для активной ступени, получают окончательное выражение максимального окружного к. п. д. для идеальной реактивной ступени (? = ? = 1)

Сравнивая его с выражением ?_{u mах} = cos²?₁, можно сделать вы­вод: так как при ?₁>0 знаменатель 0,5 + 0,5cos²? < 1, то максимальный к. п. д. реактивной ступени больше, чем в активной.

Окружной к. п. д. изолированной ступени, работающей с про­извольной степенью реакции ?, зависит главным образом от отношения u / c_1t и степени реакции ?.

На рис. 76 приведены графики зависимости ?_u от разных зна­чений: высоты лопатки l_л (рис. 76, а), степени реакции ? и угла ?₁ (рис. 76, б и в).

Сравнивая приведенные формулы и графики, можно сделать выводы:

1. Для всех ступеней основной характеристикой является от­ношение u / c₁, определяющее окружной к. п. д. ступени. При уменьшении u / c₁ к. п. д. ступени падает, особенно это резко выражено у чисто активной ступени; поэтому в современных турбинах при­меняют активные ступени с реакцией.

2. С увеличением высоты лопаток ?_u возрастает.

3. Уменьшение угла ?₁ повышает окружной к. п. д.

4. Наибольшего значения окружной к. п. д. достигает у реак­тивной ступени при u / c₁=0,8?1,0. Однако для уменьшения количества ступеней в судовых турбинах обычно принимают значения u / c₁ несколько меньшими, при которых к. п. д. снижается незна­чительно, так как кривые изменения ?_u от отношения u / c₁ вблизи максимума имеют пологий характер.

5. Наивыгоднейшее отношение u / c₁ = cos ?₁ в реактивной ступени в два раза больше, чем у активном u / c₁ = cos ?₁ / 2, и поэтому при одной и той же допустимой окружной скорости и одних и тех же срабатываемых теплоперепадах число ступеней у реактив­ной турбины должно быть в два раза больше, чем у активной.