Материал: Мамиконов А.Г. Теория авиационных компрессоров и газовых турбин [учебник]

реактивности в основном определяются потерей с выходной

ниматься примерно на 10— 15% ниже его наивыгоднейшего значения без заметного снижения к. п. д.

В тех случаях, когда окружная скорость вращения колеса, по­ требная для обеспечения высокого к.п.д. одноступенчатой турби­ ны, существенно превышает практически допустимое ее значение, приходится применять многоступенчатые турбины.

ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ

СТУПЕНЬ ТУРБИНЫ

§ 102. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ

Ступень турбины, как и ступень осевого компрессора, сла­ гается из бесконечного числа элементарных ступеней, распола­ гающихся на различных радиусах в пределах длины лопаток.

К числу основных радиальных размеров ступени относятся (рис. 188): наружный диаметр D T, внутренний диаметр или диа­

метр втулки D em, средний диаметр Drp — ^ (Dem + DT) и высота

1 В многоступенчатых турбинах направление скорости выхода газа из от­ дельных ее ступеней, за исключением последней, может существенно отличаться от осевого.

3 5 0

или длина лопаток, равная, если не учитывать весьма малого

радиального зазора о, I = -I (DT — D Bm).

В общем случае все эти размеры по ширине ступени изме­ няются и лишь при цилиндрической проточной части остаются ■постоянными.

Важным геометрическим параметром ступени является отно­

сительная длина лопаток _1_ D' еrр

I

личаются сравнительно длинными лопатками и имеют

= 0,125-^0,250 и более, что объясняется стремлением обеспечить необходимый расход газа при возможно малом диаметральном габарите турбины. Максимальное

I

значение -7^— ограничивается прак-

D,ср

тически условиями прочности лопа­ ток. Более короткие лопатки с

выхода газа из РК они проектируются с возрастающей в направ­ лении движения газа высотой кольцевого канала. Многоступенча­ тые турбины почти всегда выполняются с уширяющейся в мери­ диональном сечении проточной частью.

иуглами установки их в решетках вдоль радиуса.

Втурбинах вспомогательных агрегатов ГТД и ЖРД, как прави­ ло, используются цилиндрические лопатки даже тогда, когда их от-

351

носительная длина несколько превышает указанный выше предел. Это значительно упрощает изготовление лопаток и в данном слу­ чае допустимо, потому что к турбинам вспомогательных агрегатов не предъявляются высокие требования в отношении их к. п. д.

Лопатки турбин авиационных ГТД в связи с их большой длиной всегда выполняются с учетом изменения условий обтекания профи­ лей вдоль радиуса и поэтому имеют винтовую форму. Общие прин­ ципы профилирования таких лопаток по длине и разделение ступе­ ней на различные типы базируются, как и в случае осевого ком­ прессора, на принятых законах изменения кинематики потока вдоль радиуса. В соответствии с кинематикой потока на данном радиусе изгибаются профили сопловых и рабочих лопаток и выбираются их углы установки в решетках.

Пространственный поток в ступени турбины аналогично осевому компрессору описывается пятью уравнениями, из которых три яв­

произвольно, поэтому число возможных типов турбинных ступеней, как и ступеней компрессора, бесконечно велико.

В существующих типах турбинных ступеней обычно принимают условие постоянства работы газа на окружности колеса вдоль ра­ диуоа

(17.1)

которое является четвертым уравнением, определяющим кинемати­ ку потока. Принятие этого условия преследует цель повышения к. п.д. ступени, так как при неизменной вдоль радиуса работе газа на окружности колеса уменьшается вредное взаимодействие между отдельными элементарными ступенями.

Таким образом, последнее, пятое, уравнение по существу и оп­ ределяет тип ступени.

В настоящее время наиболее широкое распространение полу­ чили два типа турбинных ступеней: 1 ) ступень с постоянной цирку­ ляцией и 2) ступень с постоянным углом выхода потока из СА.

§104. СТУПЕНЬ С ПОСТОЯННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Вкачестве пятого уравнения, определяющего тип данной

3 5 2

РК Дсц = c U[ — с2и изменяются обратно пропорционально радиусу.

отсутствует и на любом другом радиусе, а если она имеется, то знак ее вдоль радиуса не изменяется. •

и

Рис. 189. Планы скоростей и- решетки профилей ступени с постоян­ ной циркуляцией

Характер изменения осевых составляющих абсолютных' ско­ ростей с1а и с2а легко установить из уравнения радиального равновесия в третьей форме (5.9). Поскольку c lur = const и c2ur — const, в данном случае эти скорости вдоль радиуса не изменяются:

Таким образом, кинематика потока в ступени полностью определена, ибо известен закон изменения вдоль радиуса пяти величин: и,сы , с2а, с Ла и с2а. Остальные кинематические величины находятся из обычных геометрических и тригонометрических соотношений.

На рис. 189а представлены планы скоростей ступени с по­ стоянной циркуляцией на двух радиусах — у втулки и на пери­ ферии— для случая осевого выхода потока из РК. Из планов

увеличивается. Соответственно изменяются подсчитанные по этим

патки СА и РК должны выполняться по высоте „закрученными", как показано на рис. 1896.

Переходя к выяснению зависимости степени реактивности от радиуса, заметим, что р с увеличением радиуса возрастает. В са­ мом деле, согласно уравнению радиального равновесия давле­

нием радиуса резко уменьшается, а в РК соответственно увели­ чивается, что и приводит к повышению степени реактивности. Возрастание р с увеличением радиуса является общим свойством

•всех типов турбинных ступеней, используемых на практике. При проектировании ступени турбины степень реактивности

■на среднем радиусе выбирается с таким расчетом, чтобы ее зна­

3 5 4