طرز کار توربین

مقدمه :

لازمه کار توربین وجود یک سیال کار مناسب، یک منبع انرژی سطح بالا و یک منبع برای انرژی سطح پایین می باشد. هنگامی که سیال از درون توربین گذر می کند قسمتی از انرژی آن به طور مداوم بیرون کشیده شده و به کار مفید مکانیکی تبدیل می شود.

طرز کار توربین 

مقدمه :

لازمه کار توربین وجود یک سیال کار مناسب، یک منبع انرژی سطح بالا و یک منبع برای انرژی سطح پایین می باشد. هنگامی که سیال از درون توربین گذر می کند قسمتی از انرژی آن به طور مداوم بیرون کشیده شده و به کار مفید مکانیکی تبدیل می شود.

توربین های بخار و گاز از انرژی حرراتی استفاده می کنند در حالی که توربین های آبی از انرژی فشار استفاده می کنند . اهداف اولیه یک طراح توربین حصول اطمینان از انجام این پروسه با حداکثر بازده و داشتن نیرو گاهی با حداکثر اعتماد در کمترین هرینه است . اهداف ثانویه این است که نیروگاه به کمترین نظارت و کمترین زمان برای راه اندازی نیاز داشته باشد که این اهداف با یکدیگر مغایرت دارند نتیجه نهایی سازش قابل قبول بین آنها خواهد بود .

انواع توربین :

الف) از نظر جهت جریان سیال داخل توربین

توربین جریان محوری : توربین که در آن مسیر جریان سیال به هنگام تبادل انرژی در داخل توربین موازی و در امتداد محور تو می باشد . (شکل1)در این توربین ها بخاری که از یک طرف وارد مراحل مختلف توربین می شود به صورت محوری از طریق نیغه های که شعاعی نصب شده اند جریان پیدا می کند.

توربین جریان شعاعی : توربین که در آن مسیر جریان سیال در داخل توربین حین تبادل انرژی در صحنه عمود بر محور تور باشد . (شکل2) در این توربینها بخار وارد مرکز توربین شده و از طریق 2 رتور که بر خلاف هم می چرخند منبسط شده و نهایتاً از طریق لوله خروجی به طرف بیرون رانده می شود . این نوع توربین برای طراحی با ظرفیت زیاد بخاطر جرم تیغه هایی که باید بروی حاشیه خارجی قرار گیرد قابل قبول نیست بزرگترین ظرفیت توربین با جریان شعاعی واحد 460 مگاوات باراکتورهای آب جوش در سوتد می باشد.

می باشد . توربین های بزرگ بخار امروزی از نوع محوری هستند که از نظر تیغه گذاری جهت جریان به 3 دسته تقسیم می شوند . ساده ترین شکل تیغه گذاری بصورت تک جریانی است . در جریان دو بل یا 2 راها صفحات تیغه داخل محفظه توربین به صورتی قرار یم گیرند که بخار در 2 جهت مخالف به صورت محوری جریان یابد . بخار از وسط سیلندر توربین وارد شده و به 2 شاخه تقسیم می شود که در خلاف جهت هم به سوی انتها رتور جریان می یابند مزایای آن جلوگیری از بکار بردن تیغه های بسیار بلند و کاهش نیروی رانش محوری توسط بخار بر وری تیغه ها است . کاهش ضربه هدف اصلی برای توربین با جریان معکوس است در آن بخار ا زطریق یکدسته تیغه وارد شده و آنگاه از طریق کانالهایی بطور داخلی و یا خارجی به سمت دسته دوم صفحات یا تغیه در خلاف جهت جریان قبل و در امتداد محور هدایت می شود . برای دبی بیشتر عبور می توان از چندین قسمت موازی استفاده کرد.

اگر سیال در خروجی توربین فشار پایین شعاعی داشته باشد . لازم است بخار به صورت زاویه قائمه چرخانده شود تا سیال به تیغه هایی با جریان محوری وارد و از آن خارج و در همان زمان در اطراف لوله توزیع شود . مساحت ورودی و خروجی باید فضای کافی برای ایجاد یکنواخت بدون افت فشار ناخاسته و یا جدایی جریان داشته باشد ممکن است که در خروجی توربین فشار پایین لوازم نصب شوند که جهت جریان را هدایت کنند . مانند اگزوز بومان که روی توربین جایکه آخرین مرحله تیغه های توربین قرار گرفته اند استفاده می شود در این طرح مرحله ما قبل توربین جدا می شود . جریان بخار از طریق حلقوی خارجی این مرحله مستقیماً به سوی کندانسور هدایت می شود و این هنگامی است که سیال از طریق قسمت داخلی در مسیری به سوی کندانسور جریان پیدا می کند زیرا 2 قسمت ما قبل تیغه های متحرک وظایف متعددی دارند.

ب) از نظر تغییرات فشار :

توربین ضربه ای : در این توربینها بخشی از حرارت بخار در تیغه های ثابت تبدیل به سرعت می شود . هیچگونه تلفات گرمایی و در نتیجه هیچگونه افت فشاری در عرض تیغه های متحرک وجود ندارد بنابر این کار مکانیکی انجام شده در تیغه های متحرک تنها در اثر تلف شدن قسمتی از سرعت کسب شده در تیغه های ثابت حاصل می شود . مقدار سرعت بهینه در پره ضربه ای یک ردیف تقریباً نصف سرعت مطلق بخار ورودی است . چنین سرعتی بسیار بیشتر از ماکزیموم سرعت مجازی که مقدار آن با توجه به تنشهای گریز از مرکز در محور تعیین می شود  علاوه بر آن سرعتهای زیاد بخار منجر به تلسفات اصطکاک زیاد نیز می شود در نتیجه بازده توربین کاهش می یابد.

توربین شربه ای مرکب سرعتی : مانند توربین یک ردیفه است که از یک مرحله نازل تشیکل می شود و با دنبال آن به جای یک ردیف پره متحرک چند ردیف پره قرار یم گیرند این ردیفها به وسیله ردیفهای پره های ثابت که به وسیله متصل هستند از هم جدا می شوند وظیفه پره های ثابت تنها هدایت بار خروجی از ردیف اول پره های متحرک به ردیف دوم این پره ها می باشد (شکل   ).

توربین ضربه ای مرکب فشاری : در این توربین ها افت آنتالپی بصورت مسلوی بین نازل های چندین ردیف ضربه ای که به طور متوالی قرار می گیرند تقسیم می کنند از این رو سرعتهای بخار ورودی به هر ردیف اساساً با هم مساوی و مقدار آن متناسب با һ∆ کاهنده می باشد . با وجود اینکه افت آنتالین در ردیفها یکسان است افت فشار در آنها چنین نیست . این توربینها نیاز به آب بندی دیافراگم برای جلوگیری از در توربینهای بزرگ که بازده نسبت به هزینه سرمایه گذاری اهمیت دارد استفاده می شود.

توربین های عکس العملی : در این توربین ها فقط نیمی از افت انرژی حرارتی در تیغه های ثابت روی می دهد و نیم دیگر در تیغه های متحرک این عمل باعث افزایش سرعت بخار در تیغه های متحرک شده که متقاباً باعث ایجاد یک ضربه یا عکس العمل در جهت مخالف حرکت سیال خروجی از تیغه های می گردد . همچنین مقداری ضربه در تیغه های متحرک اتفاق می افتد که از تغییر مسیر سیال ناشی می شود ولی برای ایجاد یک افت سرعت خالص کافی نمی باشد تیغه های ثابت نیز افت گرما را به سرعت تبدیل می کنند .

ج) آرایش و پیکربندی توربینها :

توربین های تک سیلندر : محدوده تولید برق برای این توربینها در حدود100 مگا وات می باشد که بستگی به اصول طراحی و شرایط اولیه بخار استفاده کردن یا نکردن از سیکل باز گرم ، شرایط خروجی بخار و همچنین سرعت چرخش دارد . از نظر چگونگی پذیرش بخار به 4 دسته 1- جریان مستقیم یکراه 2- توربین با مرحله باز گرمایش 3- توربین بازیرکش بخار به منظور گرمایش آب تغذیه و یا به عنوان تولید همزمان از توربین زیر کش می شود 4- توربین القایی که در آن بخار فشار پایین در یک طبقه فشار پایین به توربین تزریق می شود . شکل(             )

توربین های چند سیلندر : تعداد مراحل بستگی به شرایط ورود و خروج و ملاحظات طراحی و سازندگان دارد . توربینهای I P و LP معمولاً 2 جریانه هستند . تعداد مراحل فشار پایین در این توربین ها موجب کاهش ارتفاع پره ردیف آخر می شود . تعداد سیلندر توربین LP را اگر شافت توربین LP با سرعت دورنی 1800 دو بر دقیقه و شناخت توربین فشار بالا با سرعت 3600 دور بر دقیقه بچرخد می توان کاهش داد . به عنوان مثال یک توربین با توان خروجی 900-500 مگاوات در نیروگاهی که با سوخت فسیلی کار می کند و یا نیروگاه هسته ای خنک شونده با گاز شامل یک توربین فشار متوسط و 2 توربین فشار پایین می باشد .

توربین تاندوم یاردیخی : توربینی که تمام سیلندرهای آن روی یک محور قرار می گیرند و به یک ژنراتور وصل می شود .

توربین متقاطع : توربینی که سیلندرهای آن بر روی 2 شافت موازی و مجزا که ژنراتور جدا از هم را می چرخانند نصب می شود . که برای جلوگیری کردن از طولانی شدن شافت در توربینهای چند سیلندر از ترکیب متقاطع استفاده می کنند ( شکل   ).

د) نحوه قرار گرفتن لوله خروجی توربین و اتصال به کندانسور :

نحوه قرار گرفتن توربین LP و اتصالش با کندانسور به طور محسوسی به محل کندانسور و جهت قرار گرفتن لوله های آن نسبت به محور توربین بستگی دارد . از لحاظ نصب کندانسورها به 2 دسته تقسیم می شوند 1- زیر توربین نصب می شوند که لوله ها یا در جهت محور یا عمود بر آن هستند 2- پهلوی توربین نصب می شوند انواع مختلفی مانند انتگرالی و صندوق دارند ( شکل      ).

در این کندانسورها بخاطر آنکه لوله ها به صورت محوری قرار گرفته اند فضای بخار کندانسور می تواند بخش بخش شود و لذا موجب کاهش فشار کندانسور در قسمت سرد انتهایی باشد و این بازده کمی را حاصل می کند . اشمل اصلی آن است که کندانسور به لحاظ ترکیب سازه ای بارگذاری و فونداسیون یک قسمت مهم از اجزای توربین می شود این باعث می شود که طراحی کندانستور بستگی به تعداد و اندازه توربین های LP پیدا کند ه مانع دستیابی به طراحی دسته جمعی توبینها و پیچیدگی مسائل طراحی بین یک سازنده توربین و کندانسور می گردد . این طراحی موجب سخت شدن دسترسی ه توربین جهت تعمیرالت به عنوان مثال تعمیر پایه یا تاقانها می گردد و نیروگاههای جدید با استفاده از یک کانال اتصال بین فلنج هروجی توربین و فلنج ورودی کندانسور استفاده گردید . چون لوله های کندانسور به طور معمول بسیار بلندتر از پهنای پوست توربین هستند این کانالها به صورت ذوذنقه ای شکل ساخته می شوند.

n = 120 f/p

هـ) سرعت چرخش توربین :

در موارد معمول چون باید توربین بدون گیر برکس به ژنراتور کویل شود باید توربین با ژنراتور سنکرون باشد.

که f فرکانس سیلستم برق ، p تعداد جفت قطبهای ژنراتور و n سرعت چرخش عملاً فقط 2 فرکانس شبکه در جهان وجود دارد 50 و 60 هرتز و ژنراتورها معمولاً به صورت 2 قطبی یا چهار قطبی طراحی می شوند پس ژنراتورهای 60هرتز با 2 سرعت 2 قطبی 3600 دور بر دقیقه و چهار قطبی 1800 دور بر دقیقه و ژنراتورهای 50 هرتز نیز با 2 سرعت 2 قطبی 3000 دور بر دقیقه و 4 قطبی 1500 دور بر دقیقه تبعیت می کنند.

در توربین های کوچک که به منظور راندمان پمپ تغذیه بویلر برای واحدهای بزرگ از سرعت 1500 دقیقه استفاده می کنند . همچنین توربین های با سرعت متغییر برای سیرکوله کردن گاز در راکتورهای خنک شونده با گاز استفاده شده است و توربینهای تک مرحله ای کوچک هم بعضی اوقات برای چرخش پمپهای تغذیه اظطرای در نیروگاه هسته ای استفاده می گردند.

عوامل انتخاب سرعت چرخش توربین و ژنراتور : 1- اندازه واحد و شرایط بخار اولیه و طرح های موجود 2- استانداردهای مربوط به تعویض قطعات یدکی 3- رابطه اندازه با وزن و قیمت و حمل نقل 4- محدوده مورد نظر برای قابلیت اعتماد، عملکرد انعطاف پذیر و راحتی نگهداری و تعمیرات 5- نسبت بازده گرمایی و مطابقت اقتصادی 6- انتخاب مناسب از توربین های LP به منظور خروجی مناسب برای تعمیرات بخار مافوق گرم ترجیحاً از توربین با جداکثر سرعت استفاده می شود . ولی در خروجی بزرگت نتیجتاً توربین  LP باید متحمل فشارهای خیلی بالا یا بار خروجی خیلی زیاد شود به همین منظور سیستم را با یک توربین نیم سرعت همراه می کنند.

توربینهای با ترکیب متقاطع با یک خطHP/I P تمام سرعت و یک خط LP نیم سرعت عملاً در سیستمهای 60 هرتز جایکه بار خروجی تشدید شده است استفاده می شود.

برای تجهیزات بخار اشباع بالانس خیلی یکنواخت تر می باشد و بخار با نسبت دبی حجمی بالاتر برای یک خروجی معین بار خروجی بحرانی تر را می سازد بنابر این سرعت دورانی عموماً 1800 دور بر دقیقه می باشد.

در بعضی موارد آنیم توربین اما با حداکثر دور انتخاب می شدند تا راندمان یک توربین LP را داشته باشند و خروجی بالا رفته و سیستم برای سوپر هیت با سرعت بالا آماده شود.

ماشینهای 1500 دور بر دقیقه ممکن است برای کمترین فشار خروجی از لحاظ اقتصادی بهینه تر باشد. در مقابل ماشین های 3600 دور بر دقیقه ای جایی که فشار خروجی بهینه بالای .mbar9 است می توانند راندمان بهتری داشته باشند.

محدودیت های خروجی :

 1- افت شیر بخار 2- کم شدن ظرفیت هنگامی که بخار از یک نازل عبور می کند ا زطریق تبدیل گرما انرژی جنبشی کسب می کند . انبساط بخار بعد از نازل باعث می شود که مقداری ازانرژی جنبشی از طریق فشار و افزایش انتروپی همراه است.

افت شیر بخار :

در شیر گاوارنر جائیک بخار بعد از شیر به سرعت منبسط می شود و همه انرژی جنبشی تولید شده از طریق اصطکاک به حرارت تبدیل می گردد .  این عمل باعث یم شود که آنتالین سیال به اندازه آنتالین آن در مدخل ورودی باقی بماند اما به قیمت افزایش زیاد انتروپی و کاهش فشار تمام می شود این عمل به عنوان خفقان معروف بوده و برای پایین آوردن بار از آن استفاده یم شود کاهش بیشتر بار از طریق کم کردن دهانه شیر انجام می گیرد .

کم شدن ظرفیت :

افت فشار ایجاد شده در نازلهای مدخل ورودی توربین و تمامی پره های ثابت که در پی می آیند باعث می شود که دبی جرمی توربین و در نتیجه قدرت خروجی کاهش یابد بین دبی جرمی و افت فشار در توربین رابطه ای وجود دارد که به قانون بیضی معروف است.

 شدت دبی جرمی ،  فشار ورودی و خروجی و K ثابت است . اگر اثر دمای ورودی نیز در نظر بگیریم.

آنالیز جامع تری نشان داد که V حجم مخصوص و n  ضریب پلی تروپیک نیز در این رابطه دخیلند .                  

قانون بیضی وسیله مفیدی برای مدل کردن اثرات بار جزئی روی یک توربین می باشد . عدد K قانون بیضی را می توان از طریق طراحی یا به صورت اطلاعات اندازه گیری شدی بدست آورد و با دانشتن میزان دبی مورد نیاز می توان متعاقباً فشار را برای هر مرحله توربین از طرف دهانه خروجی ، جائیکه شرایط همان شرایط ورودی کندانسور می باشد بدست آورد.

افت توربین :

1- اصطکاک : در سراسر توربین  از جمله در شیپوره ها و پره های متحرک وجود دارد .

2-  اتلاف پروانه ای : دوران رتور و پره نیروی گریز از مرکزی بر بخار اعمال می کند که موجب می شود بخشی از آن به صورت شعاعی جریان یابد و در طول پره های متحرک کشیده شود . هنگامی که پذیرش بخار به پره های متحرک کمتر از بار کامل است وضعیتی چرخش در پره متحرک پدید می آید که موجب اتلاف انرژی می شود .

3- نشست : در داخل بخار می توان از فاصله بین نوک پره متحرک و پوسته در صورت افت فشار در پره نشست کند در خارج در محل یاتاقانهای مختلف محور صورت می گیرد .

4- رطوبت بخار : ذرات ذرات مایع که دارای سرعت کمی هستند روی پره های متحرک ریخته می شوند و تحت زوایایی غیر از زاویه طراحی شده با پره برخورد می کنند و موجب کاهش کار مکانیکی رتور یم شوند سرعت ذرات دیگر نیز به وسیله بخار افزایش یم یابد و در اثر تبادل اندازه حرکت مقداری از انرژی بخار گرفت یم شود .

5- خروج بخار چون بخار خروجی از آخرین طبقه توربین به علت پایین بودن فشار بالا بودن حجم مخصوص با توجه به انرژی جنبشی بخار نوعی افت است.

6-  اتلاف پر انتقال گرما : به 3 صورت رسانش ،همرفت و تابش صورت می گیرد . رسانش در داخل توربین و بین طبقات آن انجام می گیرد و به وسیله همرفت که عمدتاً ناشی از سرعتهای بالای بخاراست تقویت می شود . رسانش همچنین بین پوسته توربین و پایه آن صورت می گیرد اتلاف ناشی از همرفت و تابش از طریق پوسته به سالن می رسد . در مورد توربینهای فشار بالا محسوس تر است چون دما در آنها بالا است .

7- اتلاف مکانیکی و الکتریکی : توربین کار تولیدی را به یک مواد برق تحویل می دهد در جریان ایین کار با اتلافهای اصطکاکی دریاتاقانها ، مکانیزم کنترل کننده ها و جعبه دنده کاهنده در صورت وجود مواجه می شویم . تلفات مکانیکی عمدتاً ثابت و مستقل از بار است . و از این رو درصد آن با کاهش بار افزایش می یابد که در توربین های بزرگ کمتر است .

تیغه های متحرک : تیغه های متحرک یک توربین بخاری را که قبلاً در نازل ، تا تعدادی تیغه ثابت شتاب گرفته است دریافت کرده و انرژی جنبشی آن را به صورت کار مکانیکی روی شافت توربین  تبدیل می کنند . بر خورد بخار با تیغه ها باعث تغییر مسیر حرکت بخار می شود که نتیجتاً تغییر ممنتوم سیال را در برداشته و لذا تولید نیرو می کند به طور ایداه آل زاویه تغییر جهت بخار هر چه به 180 درجه نزدیکتر باشد بهتر است . ( شکل     )

 نحوه انتقال انرژی که در تیغه های متحرک صورت می گیرد بستگی دارد به ضربه ای و عکس العملی بودن توربین .

پره های متحرک توربین عکس العملی چون مثل شیپوره عمل می کنند شکلی همانند پره های ثابت دارند هر چند که انحنای آنها در جهت مخالف است شکل (  ) دیاگرام سرعت برای یک توربین عکس العملی نشان می دهد که سرعت نسبی بخار جدا شده از تیغه های متحرک از سرعت نسبی بخار ورودی به تیغه های متحرک بزرگتر است علت این امر افزایش سرعت روی تیغه های متحرک است که ناشی از وجود افت گرما در آنجا می باشد . پره های متحرک توربین ضربه ای معمولاً متقارنند و اندازه زوایای ورودی و خروجی  و  در آنها در حدود 20 درجه است پره های ضربه ای کوتاهند و مسافت سطح مقطع عبور جریان در آنها ثابت است . شکل (     ) دیاگرام سرعت یک توربین ضربه ای نشان می دهد که نسبی بخار جدا شده  از تیغه متحرک کمتر از سرعت نسبی بخار ورودی به تیغه متحرک است به دلیل تبدیل انرژی جنبشی به مکانیکی در تیغه های متحرک است.

تاثیر بر طراحی توربین :

تفاوتهای مهمی در طراحی توربینهای ضربه ای و عکس العملی وجود دارد . تیغه های متحرک در توربین ضربه ای روی دیسکهایی قرار می گیرند که خود جزئی از یک شافت با قطر کوچک هستند یا به آن وصل می شوند نیروی محوری روی رتور کوچک است زیر افت فشار در عرض تیغه ها وجود ندارد . وجود افت فشار در عرض تیغه های متحرک در توربینهای عکس العملی عمر دیسکها را کم می کند در عوض دیسکها را با شافتهای بزرگ تو خالی که به رتور استوانه ای معروف هستند،جایگزین می کنند.

بازده تیغه :

بازده که با آن انتقال انرژی به تیغه های متحرک صورت می گیرد عمدتاً بستگی به نسبت سرعت تیغه متحرک به سرعت مطلق بخار دارد . نسبت سرعت روی بازده در توربین ضربه ای به گونه ای با آنچه که در یک مرحله عکس العملی روی می دهد متفاوت است.

کار انجام شده توسط تیغه متحرک

همان گونه که در شکل (          ) نشان داده شده فرض می کنیم  است و =B Ө برای کار انجام شده داریم:

انرژی در دسترس تیغه های نتحرک مقدار انرژی است که به تیغه های ثابت داده می شود.

انرژی در دسترس

این امر نشان دهنده آن است که نمودار بازده به صورت سهمی است مقدار بازده ماکزیموم را می توان با مشتق گرفتن از رابطه فوق نسبت به U و مساوی صفر قرار دادن آن به دست آورد.

که نتیجه می دهد.( برای توربین ضربه ای )

بازده ایده آل در مرحله عکس العملی : از آنجا که تیغه های متحرک و ثابت شکل یکسانی دارند با توجه به شکل لذا

بنابر این داریم :

در یک مرحله عکس العملی همانوگنه که یک کاهش آنتالپی در عرض تیغه های متحرک وجود دارد در عرض تیغه های ثابت نیز کاهش آنتالپی داریم .

انرژی در دسترس شکل     دیاگرام بازده یک مرحله عکس العملی را در مقایسه با یک مرحله ضربه ای نشان می دهد.

برای رسیدن به بازده ماکزیموم برای هر 2 نوع طراحی ، تعداد مرحله ها در توربین عکس العملی باید 2 برابر تعداد آنها در توربین ضربه ای باشد این بعلت آن است که نسبت سرعت زیاد ( ) در توربین عکس العملی به معنی آن است که تنها افت حرارت کمی می تواند در هر مرحله انجام دهد. برای یک افت آنتالپی معلوم در هر طبقه برای به دست آوردن ماکزیموم بازده لازم است سرعت تیغه طبقه عکس العملی از طبقه شربه ای بیشتر باشد . برای یک سرعت تیغه معلوم سرعت سیال در طبقه عکس العملی از سرعت سیال در طبقه ضربه ای کمتر است.

طراحی تیغه های مدرن :

توربینهای مدرن ترکیبی از ضربه ای و عکس العملی هستند . توربینهای ضربه ای برای جبران ضعف بازده که ناشی از عکس العمل صفر یا جتی منفی است تا 20% از عکس العمل را در بیخ ریشه تیغه های متحرک بکار می گیرند . از طرف دیگر عکس العمل در بیخ توربینهای عکس العملی پایین آمده و تا حد 30 تا 40 درصد می رسد که باعث می شود تعداد مراحل مورد نیاز کاهش یافت و 50% عکس العمل را در نقطه میانی متحمل گردد . امروزه به طور دقیق 2 نوع طراحی به صورت زیر است.

1- توربین دیسک و دیافراگم با استفاده از تیغه هایی با عکس العمل کم

2- توربین درام – روتور با استفاده از تیغه های با عکس العمل زیاد

تیغه های تاب دار توربین فشار پایین :

بره های عکس العملی به ویژه در طبقات نهایی بلند هستند و در آنها مقدار سرعت تیغه از پایه تا نوک با افزایش شعاع پره افزایش می یابد که این امر موجب تغییر شکل نمودار سرعت در طول پره می شود . از پایه تا نوک پره زوایه ورودی پره افزایش و زوایه خروجی پره کاهش می یابد و درجه عکس العمل از پایه تا نوک تغییر می کند . به طوری که شکل پره در پایه تا حدی مانند پره ضربه ای است و در نوک پره درجه عکس العمل به حداکثر می رسد که به چنین پره هایی پره تابدار گویند.

بخار در مرحله های یک توربین LP بسرعت منبسط گشته و به سمت سرعت زیاد، اغلب سرعت مافوق صوت ، شتاب پیدا می کند . بخار در خروجی توربین می تواند تا حدود 10 درصد رطوبت داشته باشد . جریان بخار سپس شکل پیچده ای پیدا می کند و نحوه طراحی تیغه های توربین LP این موضوع را نشان می دهد . تیغه ها بلند هستند و پیچش زیادی دارند بطوریکه زوایای ورودی و خروجی در تمامی طول تیغه از خصوصیات یک جریان سه بعدی تبعیت می کنند.

هنگامی که در اواخر دهه 1950 و اویل دهه 1960 واحدهای بزرگ طراحی شدند هیچگونه ابزار تحلیلی در دسترس نبود تا بطور مطمئنی طبیعت جریان بعدی را در سیلندرهای توربین LP پیش بینی کند . امروزه تست های عرضی روی این ماشین ها نشان دهنده وجود اجزاء شعاعی سرعت قابل ملاحظه ای در یک جریان به شدت واگرا می باشد . روش هایث آنالیز تمامی جریان که امروزه به خدمت گرفته شده اند محاسبه جزئیات حرکت سیال در اطراف هر تیغه را ممکن می سازند . این کار با روشهای محاسباتی مدرن صورت می گیرد و آنالیز حوزه جریان را در سیلندرهای توربین های مدل در کارخانجات سازنده و همچنین روی دستگاههای واقعی در حال سرویس بدست آمده پالایش و سپس ارزیابی می گردند . دقت پیش بینی جریان امروزه خیلی بالاست و طراحی تیغه ها به منظور دستیابی به شکل جریان سه بعدی مورد نظر ممکن شده است . تیغه های مدرن آخرین مرحله بطور قابل ملاحظه ای پیچش داده می شوند زیرا جریان در پیچیده ترین حالت خود در صفحه خروجی است . سطح مقطع تیغه در نوک آن تنها حدود 15 درصد سطح مقطع آن در بیخ آن است ( شکل 12-1) .

برای نشان دادن این مطلب در حال حاضر فرض می کنیم که آخرین مرحله بگونه ای طراحی شده که درجه عکس العمل کمی در قطر مبنا که نزدیک به دیسک روتر قرار دارد داشته باشد.

اکنون اجازه دهید تا به طرف منطقه وسط تیغه متحرک یعنی به قطر متوسط مرحله به سمت بالا حرکت کنیم.

بطور نمونه ، در تیغه های مدرن قطر نوک تقریباً دو برابر قطر مبناست به گونه ای که بطور متوسط فاصله تیغه ( یعنی فاصله محیطی بین دو تیغه مجاور ) تقریباً به اندازه 5/1 برابر فاصله تیغه در قطر مبناست . سرعت محیطی تیغه نیز 5/1 برابر بزرگتر از سرعت تیغه در قطر مبنا است . اگر مقطع تیغه متحرکی که در قطر متوسط استفاده می شود همانند آنچه که در قطر مبنا مورد استفاده قرار می گیرد انتخاب می شد عبور سیال از بین تیغه های متحرک ، بخاطر فاصله تیغه که افزایش یافته ، بطور غلطی انجام میب شد و در حالیکه اثر افزایش سرعت تیغه موجب تغییر جهت سرعت بخار نسبت به تیغه متحرک می گرید ، زوایه ورودی تیغه موجب تغییر جهت با جریان بخار ورودی نمی شد.

علاوه بر آن ، بردار سرعت بخار هنگام ترک تیغه و در نتیجه کاهش بازده می گردید . با تغییر دادن شکل سطح مقطع تیغه متحرک می توان بر این مشکل غلبه کرد . زوایه خروجی را کاهش می دهند تا سطح مقطع عبور جریان را محدود کنند بطوریکه یک افت فشار در عرض تیغه های متحرک بوجود آید ، بخار از تیغه های متحرک با سرعتی بیشتر جدا شود ، سرعت زیاد محیطی را جبران نموده و با سرعتی محوری خارج گردد . این باعث می شود که افت فشار در عرض تیغه های ثابت کاهش یابد تا همین افت فشار در کل مرحله نگه داشته شود.