работа ступени турбины. Работа ступени осевой турбины. Работа ступени осевой турбины
 Скачать 349.35 Kb.
|
|
Рис.3. Схема течения газа в решетках ступени осевой турбины *Обозначение одноименных величин параметров решеток турбины и компрессора совпадают. См. пособие «Основы теории осевого компрессора ТВаД» п.2.1. В межлопаточных каналах СА происходит преобразование части энтальпии газа в кинетическую энергию, то есть абсолютная скорость газа в сопловом аппарате увеличивается (С), а давление и температура соответственно уменьшаются (р,Т). В межлопаточных каналах РК давление и температура газа уменьшаются, а относительная скорость увеличивается (W). В РК газ отдает энергию на вращение колеса, так что в данном случае уменьшается и кинетическая энергия (С), и энтальпия газа (i) о чем свидетельствует уменьшение параметров состояния газа (р,Т) (см. рис.4). Следовательно, расширение газа происходит как в СА, так и в РК ступени турбины. У существующих двигателей 6070% работы расширения газа совершается в СА, 3040% — в РК. Входные кромки лопаток СА должны быть ориентированы по направлению вектора С1, входные кромки лопаток РК — по направлению вектора W2. Это предотвратит срыв потока с лопаток и уменьшит гидравлические потери.  Рис.4.Изменение параметров газа в ступени осевой турбины Перед входом в СА ступени газ имеет абсолютную скорость С1. В суживающихся межлопаточных каналах СА поток разгоняется и поворачивается сторону вращения РК, имея на выходе из СА скорость С2 (С1<С2). При взаимодействии газового потока с лопатками СА создается разность давлений: на вогнутой поверхности (корытце) образуется зона повышенного давления, на выпуклой (спинке) — пониженного. На рис.3 знаками «плюс» и «минус» обозначены соответственно области повышенного и пониженного давлений по отношению к давлению на выходе из межлопаточных каналов. В результате перепада давлений возникает сила  , действующая на лопатки СА.При обтекании газом лопаток РК вследствие поворота потока на вогнутой поверхности лопаток (корытце) образуется зона повышенного давления, а на выпуклой (спинке) — пониженного. В результате возникает сила  .*Сила PKU нагружает вал двигателя крутящим моментом. Кроме того, сила PKU осуществляет вращение роторов двигателя, обеспечивая этим получение на валу полезной мощности. Остальные силы нагружают: вал двигателя силами растяжения, корпус — силами растяжения и крутящим моментом. Направление сил и моментов, действующих на СА РК турбины, противоположны по знаку силам и моментам, действующим на НА и РК компрессора. Поэтому эти силы и моменты в значительной мере взаимно уравновешиваются на деталях, соединяющих компрессор и турбину, и в меньшей степени передаются на узлы крепления двигателя. 2.2. Степень понижения давления газа в ступени Основным параметром ступени турбины, который характеризует ее нагруженность, является степень понижения давления газа в ступени ст (*ст). Степенью понижения давления газа в ступени турбины называется отношение полного давления в сечении перед ступенью к статическому давлению в сечении за ней:  или через полные параметры:  Обычно *ст =1,62 и только в одноступенчатых турбинах ТРД она достигает 2,8. *Подробнее механизм образования газовых сил, действующих на лопатки, изложен в пособии «Основы теории осевого компрессора ТВаД» п.2.5. 2.3. Понятие о профилировании лопаток ступени турбины по радиусу. Если посмотреть на лопатки СА и РК турбины (рис.5), то мы увидим, что концевые сечения лопаток повернуты относительно корневых, а профили их изогнуты в различной степени. Таким образом, лопатки турбины являются закрученными (профилированными). Необходимость профилирования, лопаток турбины по радиусу (высоте) обусловлена двумя причинами. Во-первых, необходимо обеспечить радиальное равновесие газа, на который действуют центробежные силы, порожденные закруткой потока, во-вторых, необходимо привести в соответствие профили рабочих лопаток в разных сечениях с их треугольниками скоростей, которые неодинаковы по высоте лопаток вследствие разных окружных скоростей этих сечений. Поток газа на выходе из СА приобретает вращательное движение вокруг оси турбины, то есть имеет закрутку. Возникающие при этом центробежные силы стремятся переместить газ к периферии в осевом зазоре между лопатками СА и РК, что сопровождается увеличением потерь энергии в турбине. Поэтому для обеспечения радиального равновесия газа в осевом зазоре степень сужения межлопаточных каналов СА плавно уменьшают в радиальном направлении. То есть на большем радиусе межлопаточные каналы выполнены менее суживающимися, а в корневом сечении — более суживающимися. Вследствие этого давление газа в зазоре между СА и РК увеличивается вдоль радиуса, а скорость истечения С2 уменьшается. Благодаря большему давлению в периферийных сечениях предотвращается радиальное перетекание газа в зазоре между лопатками СА и РК. Чтобы избежать больших потерь энергии, стремятся также не допустить перемешивания струек газа за РК. Для этого давление за рабочими лопатками должно быть постоянным вдоль радиуса. Так как давление газа перед рабочими лопатками (на выходе из СА) увеличивается в радиальном направлении, то степень сужения межлопаточных каналов РК увеличивается в этом же направлении, чем и обеспечивается выравнивание давления газа в радиальном направлении на выходе из рабочих лопаток. Так как окружная скорость рабочих лопаток возрастает в направлении от втулочного сечения к периферии, то треугольники скоростей изменяются вдоль радиуса. Изменяется вдоль радиуса лопатки и направление относительной скорости W2 набегания потока на переднюю кромку рабочей лопатки. Для того чтобы обеспечить безотрывное обтекание рабочей лопатки во всех ее сечениях, профиль ее изгибают так, чтобы передняя кромка была ориентирована приблизительно по направлению W2 по всей высоте лопатки. |