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

'-'Сбг'ласно формуле" '(i8 .8 ')' окружной к. п.д. многоступенчатой турбины всегда превосходит окружной к. п. д. ступени и притом тем в большей степени, чем больше коэффициенты а и (3. От­ сюда, однако, не следует делать неправильного вывода о жела­ тельности увеличения указанных коэффициентов, потому что при этом еще сильнее снижается к. п. д. ступени и в результате к. п.д. всей турбины падает. Необходимо также отметить, что возврат тепла не представляет собой особого явления, прису­ щего только многоступенчатой турбине, так как частичное ис­ пользование тепла, эквивалентного гидравлическим потерям, имеет место и в элементах одноступенчатой турбины.

У существующих авиационных газовых турбин с числом сту­ пеней z = 2 -^ 4 коэффициент возврата тепла обычно лежит в пределах а = 0,02 н- 0,05. Общее же различие между к. п.д. турбины и к.п .д. ступени составляет примерно от 1 0 до 2 0 %.

Аналогичным путем нетрудно получить для турбины и сту­ пени соотношение, связывающее их окружные к.п .д . по полным параметрам. Опуская промежуточные преобразования, приведем лишь конечный результат:

■V * - ^ 7

где а* — коэффициент возврата тепла по полным параметрам.

§ 112. ТУРБИНА СО СТУПЕНЯМИ СКОРОСТИ

Отличительным признаком турбины со ступенями скорости яв­ ляется то обстоятельство, что в такой турбине весь располагаемый теплоперепад (перепад давлений) срабатывается в первом сопло­ вом1,аппарате. В остальных^ сопловых аппаратах и во' всех-рабочих колесах давление газа-не изменяется: -

.Диаграмма изменения давления и абсолютной скорости в эле­ ментах турбины со ступенями скорости- (в качестве примера рас­

374

смотрена двухступенчатая турбина) изображена на рис. 197, a per. шетки профилей ее сопловых и рабочих лопатож совместно с тре­ угольниками скоростей приведены на рис. 198. В соответствии с ха­ рактером изменения давления скорость газа После резкого ее воз­ растания в первом СА в последующих сопловых аппаратах остается по величине практически постоянной. В рабочих колесах паз совер­ шает внешнюю механическую работу, вследствие чего его абсолют­ ная скорость уменьшается. Относительная скорость потока в РК изза постоянства давления почти не изменяется.

‘Ж

решетка первого СА. Остальные решетки как рабочих колес, так и сопловых аппаратов являются активными. Так как от ступени к сту­ пени углы наклона всех относительных и абсолютных скоростей по отношению к оси турбины уменьшаются, т. е. поток «выпрямляется»; то постепенно распрямляются и профили сопловых и рабочих ло­ паток.

В рассматриваемой турбине осевой выход газа возможен толь­ ко из последней ее ступени; в остальных ступенях выходная ско­ рость отклонена от осевого направления и притом тем сильнее, чем меньше порядковый номер ступени.

Использование ступеней скорости, так же как и ступеней давле­ ния, дает возможность уменьшить наивыгоднейшую окружную ско­

3 7 5

■окружного <к. п.д. турбины со ступенями скорости полизывает, что для такой турбины наивыгоднейшее отношение

одноступенчатой активной турбины и турбины со ступенями скорости представлен на рис. 199.

Рис. 199. Зависимость окружного к. п. д. тур­

бины со ступенями скорости от отношения — с0

Сопоставляя выражения (18.4) и (18.11), замечаем, что турбина ■со ступенями скорости обеспечивает более быстрое снижение наи­ выгоднейшей окружной скорости колеса по сравнению с турбиной со ступенями давления. В этом заключается ее главное достоинство.

СА и РКНеобходимость в парциальном подводе возникает тогда, когда вследствие малого расхода или большого удельного веса газа лопатки турбины при сплошном подводе получаются чрезмерно ко­ роткими.

3 7 6

Наряду с изложенным турбина со ступенями скорости имеет и весьма существенный недостаток, состоящий в быстром падении максимального к. п.д. при увеличении числа ступеней (рис. 199). Этот недостаток обусловливается очень большими окоростями те* чения газа в межлопаточных каналах турбины (особенно первой ступени), связанными со срабатыванием всего располагаемого теплоперепада в одном сопловом аппарате.

В связи с указанным недостатком ступени скорости в авиацион­ ных газовых турбинах обычно не используются. Они находят при­ менение только при специфических сочетаниях параметров рабоче­ го процесса, присущих, например, турбинам ЖРД, приводящим во

видно из схемы, несмот­ ря на наличие двух ступеней, турбина имеет всего одно колесо, к

которому осуществлен двойной парциальный подвод газа. В связи с уменьшением абсолютной скорости газа в колесе после первого подвода и необходимостью обеспечить прежнее направление от­ носительной скорости при вторичном подводе второй сопловой ап­ парат выполнен с меньшим углом а1л по сравнению с первым. Благодаря этому число межлопаточных каналов колеса, в которые поступает газ при вторичном подводе, увеличивается.

ГЛАВА ДЕВЯТНАДЦАТАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОВЫХ ТУРБИН

§ ИЗ. НЕЗАВИСИМЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕЖИМ РАБОТЫ ТУРБИНЫ

Число независимых параметров, определяющих режим работы турбины, может быть по аналогии с компрессором установлено на основании чисто физических соображений. Очевидно, что различ-

377

ные параметры потока в проточной части и соответствующие выход­ ные данные турбины будут зависеть прежде всего от условий на входе в нее, т. е. от давления и температуры газа перед СА. При данных условиях на входе и неизменной геометрии на режим рабо­ ты турбины молено воздействовать только путем изменения числа оборотов (нагрузки на валу) и давления за турбиной.

Следовательно, режим турбины с неизменной геометрией,

биной р 2 или р 2*. Удобство этих параметров заключается в том, что их можно измерять непосредственно при эксплуатации или во время испытания турбины.

§ 114. ОБЩЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

Под характеристиками турбины в широком смысле слова пони­ маются зависимости различных выходных данных и показателей рабочего процесса турбины от независимых параметров, опреде­ ляющих ее режим. Для оценки эксплуатационных качеств турбины наиболее важным является характер изменения ее мощности (ра­ боты), к. п. д. и расхода газа при изменении режима работы.

Характеристики турбин так же, как и характеристики компрес­ соров, делятся на нормальные и универсальные, или характери­ стики в параметрах подобия.

Нормальными характеристиками будем называть зависимости мощности, расхода газа и к. п. д. турбины от числа оборотов и дав­ ления за турбиной при неизменных условиях на входе. Аналитиче­ ски нормальные характеристики можно представить в виде сово­ купности следующих уравнений:

ности Nu.

Недостатком нормальных характеристик является неудобство пользования ими при переменных значениях р * и Tz* перед турбиной, в связи с чем их обычно перестраивают в универ­ сальные характеристики. Это перестроение основано ша сохра­ нении подобия режимов работы турбины.

1 В условиях эксплуатации турбин ГТД изменением состава газа практиче­ ски можно пренебречь.

3 7 8