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

При наличии автомодельности течений по числу Рейнольдса для обеспечения динамического подобия режимов турбины в целом так же, как и компрессора, необходимо выдержать постоянными какиелибо два не связанных друг с другом числа М в проточной части или вообще два любых независимых параметра подобия.

У выполненных турбин ГТД число Рейнольдса, как правило, су­ щественно превосходит его критическое значение Re ~ 3,5 •104, в связи с чем влиянием числа Re на подобие течений обычно прене­ брегают. Необходимость в учете числа Рейнольдса может возник­ нуть только в отдельных случаях, например при работе двигателя на очень больших высотах.

При выборе независимых параметров, определяющих подоб­ ные режимы работы турбины, следует иметь в виду, что в слу­ чае сверхкритического режима течения в решетке первого ра­ бочего колеса или какого-либо последующего элемента много­ ступенчатой турбины число М и угол атаки (или числа М по двум скоростям) на входе в эту решетку оказываются связан­ ными друг с другом. Поясним это на примере рабочего колеса.

Вполне очевидно, что каждому углу |3j (углу атаки) на входе в РК соответствует вполне определенная площадь потока, кото­ рой определяется конфузорность течения до критического сечения

379

ханических потерь в подшипниках этой неточностью можно

Универсальными характ ерист икам и т урбины , или х а р а к ­ т ерист иками в парам ет рах подобия, называются зависимости параметра мощности турбины, к.п .д . и параметра расхода газа от параметров, определяющих подобные режимы ее работы.

Наиболее удобными для анализа работы турбины на пере­ менных режимах независимыми параметрами являются степень

расширения в турбине ет и параметр оборотов ^ г = _ . Если эти

параметры принять в качестве независимых, то универсальные характеристики можно представить в следующей аналитической форме:

Универсальные характеристики турбины позволяют опреде­

1 Относительные потери на утечки через радиальные зазоры на подобных режимах остаются постоянными.

3 8 0

турбины, что существенно снижает затраты по снятию характе­ ристик.

В некоторых случаях, в частности для расчета совместной работы турбины и компрессора, оказывается более удобным строить характеристики турбины в другой системе координат,

экспериментальным, так и теоретическим путем. Наиболее надеж­ ные результаты дает, конечно, экспериментальный способ, хотя он и требует значительных затрат, особенно при испытании мощных турбин.

Расчетным путем характеристики турбины могут быть построе­ ны различными способами, изложенными в ряде работ, например в

Рис. 201. Схема установки для испытания турбины:

1 — компрессор, 2 — камера сгорания, 3 — тормозное устройство, 4 — дрос­ сельное устройство, 5 — электромотор, 6 — турбина

[11, 19, 23, 42, 57]. Неплохое соответствие расчетных и опытных дан­ ных дают теоретические способы построения характеристик, осно­ ванные на данных продувок плоских решеток профилей сопловых и рабочих лопаток и последующем учете дополнительных потерь в турбине, вызываемых пространственным характером потока и взаим­ ным влиянием соседних решеток [20, 42]. При приближении рас­ чете характеристик обычно ограничиваются расчетом только по среднему радиусу.

Экспериментальное снятие характеристик производится на специальных испытательных установках, схема одной из кото­ рых представлена на рис. 201. Установка включает в себя сле­ дующие элементы: компрессор 1, при помощи которого можно задавать необходимые значения давлений р*\ камеру сгорания 2 для подогрева сжатого воздуха до нужной температуры Тг *\ тормозное устройство 3 для поглощения мощности, развиваемой турбиной, и регулирования числа ее оборотов; дроссельное устройство 4 для изменения давления р2 за турбиной.

Экспериментальная установка оснащается аппаратурой, необ­ ходимой для измерения в процессе испытания турбины давле­

381

мерения параметров газа перед СА без установки специальной расходомерной аппаратуры. Эффективная мощность турбины NT наиболее точно определяется путем измерения реактивного кру­ тящего момента на тормозе и числа оборотов.

Для определения к.п. д. эффективная работа находится по

В целях упрощения испытательной установки, уменьшения мощ­ ности, развиваемой турбиной, а также для повышения точности из­ мерений (главным образом температур за счет снижения степени неравномерности температурного поля) обычно испытания турбин проводятся на «холодном» воздухе, поступающем непосредственно из компрессорной установки, без его подогрева в камере сгорания. Кроме того, так же, как и при испытании компрессоров, для умень­ шения развиваемой мощности часто турбины испытываются на ва­ куумных установках при пониженных давлениях р г* и р2Один из возможных вариантов такой установки с использованием обычного ТРД, предложенный А. Н. Доброхотовым [14], схематически пока­ зан на рис. 202. Здесь турбина Т работает на воздухе, поступающем непосредственно из атмосферы; перепад давлений на турбине соз­ дается турбореактивным двигателем— эксгаустером Д ; нагрузкой турбины служит компрессор К.

Влияние режима работы турбины на расход паза, мощность и к. п.д. рассматривается в последующих параграфах. При этом про­ текание характеристик анализируется применительно к более про­ стому случаю одноступенчатой турбины, так как в качественном от­

•382