Число ступеней определяется не только
максимально допустимой нагруженностью отдельных ступеней, но, во многих
случаях, и условиями получения необходимых габаритных размеров колеса турбины и
углов раскрытия ее проточной части. При меньшей нагрузки на ступень можно
получить меньший наружный диаметр колеса
который
не должен существенно превышать диаметр компрессора, и меньший угол раскрытия,
который не должен быть причиной возникновения срывов потока.
Длина турбины определяется по формуле
( 36 )
где -
ширина
-ой ступени.
Если определяется
ширина только первой и последней
ступеней,
( 37 )
В проточной части
турбины существенно изменяются ( рис. 5 ) как величина так
и направление
вектора скорости движения
газа. На выходе из сопловых аппаратов угол
обычно
составляет от 20 до
и при этом скорость
близка к критической
( 38 )
где и
- показатель адиабаты и газовая
постоянная;
-
температура газа при его движении со скоростью распространения звука.
Для уменьшения угла
раскрытия проточной части турбины ( рис. 4 ) и для улучшения кинематики потока
скорость на выходе из лопаток рабочего колеса
от ступени к ступени увеличивается, но как правило, не превышает 300 – 350
При этом угол
на выходе из лопаток рабочего колеса
в одноступенчатой турбине или последней ступени в многоступенчатой турбине во
избежании повышенных гидравлических потерь в затурбинном устройстве должен быть
близок к
и обычно отличается от этого
значения не больше чем на
. Для первой и
промежуточных ступеней многоступенчатой турбины отклонение вектора скорости
от осевого направления может быть
значительным и достигать
.
В воздушно –
реактивных двигателях для преобразования энергии с высоким КПД ступени турбины
делаются реактивными, в которых газ расширяется как в сопловом аппарате, так и
лопатках рабочего колеса. В связи с этим, как и в ступени компрессора, в
рабочем колесе изменяется ( рис. 5 ) не только абсолютная скорость от на входе до
на
выходе, но и относительная от
до
, и работа реактивной ступени
( 39 )
а степень реактивности
( 40 )
Как и в формуле ( 39 ), здесь в целях упрощения работа ступени турбины приравнивается к работе расширения газа в ступени, которая нВ 2 – 4% больше первой, т. к. при расширении часть газа проходит через зазоры над лопатками.
В теории газовых
турбин рассматривается также степень реактивности под
которой понимается отношение располагаемых адиабатических теплоперепадов в
рабочем колесе и в ступени, и которая связана с
следующей
зависимостью
где КПД
ступени.
По высоте лопатки
турбины степень реактивности существенно
изменяется, но на среднем диаметре в ВРД она составляет от 0,3 до 0,4 на первой
ступени и доходит до 0,5 на последующих. При
КПД
ступени из – за чрезмерно большой закрутки
газа
на выходе из лопаток рабочего колеса начинает снижаться.
3.2. Методика расчета первой ступени турбины
Кроме работы , которая определяются по формуле (
35 ), исходным параметром для расчета первой ступени турбины является окружная
скорость рабочего колеса, которая на среднем диаметре обычно составляет
и выбирается в этом диапазоне с
учетом ее зависимости от окружной скорости
лопаток
компрессора на внешнем диаметре
( 41
)
и следующих возможных величин коэффициента нагрузки ступени
( 42 )
верхний предел которых соответствует меньшим значениям КПД ступени.
Скорость истечения газа из соплового аппарата
( 43 )
где коэффициент в скобках может
приниматься до 0,95 при и 0,8 при
Коэффициент скорости Критическая скорость
определяется по формуле ( 38 ), где
температура
(
44 )
и -
температура заторможенного газа за турбиной.
В формуле ( 43 ) при
выборе величины коэффициента в скобках необходимо также руководствоваться тем,
чтобы отношение скоростей находилось в
пределах 0,55-0,75.
Согласно плана
скоростей ( рис. 5 ) осевая и окружная
составляющие абсолютной скорости
:
и
(
45 )
где угол выбирается
с учетом данных п. 3.1 и того, чтобы отношение скоростей
находилось в пределах 0,5 – 1,0.
Относительная скорость движения газа на входе в лопатки рабочего колеса
( 46 )
Угол характеризующей направление вектора
скорости
определяется из соотношения
(
47 )
Согласно формулам ( 39 ) и ( 40 ) на выходе из лопаток рабочего колеса абсолютная скорость движения газа
( 48
)
и относительная скорость
(
49 )
где степень реактивности по данным п. 3.1 выбирается для
первой ступени в диапозоне 0,3 – 0,4 так, чтобы величина скорости
получилась больше осевой
но не выше 350м/с, когда турбина
многоступенчатая.
Направление вектора
скорости определяет угол
, величина которого выбирается по
данным п. 3.1. При этом ( рис. 5 ) окружная
и
осевая
составляющие абсолютной скорости
и
(
50 )
Угол , характеризующий направление вектора
скорости
определяется из соотношения
(
51 )
Перед рабочим колесом
термодинамические параметры воздуха ( температура давление
и плотность
)
определяются по формулам ( 1 ) – ( 3 ), где
и
принимается, что
так как потери давления в
сопловом аппарате незначительны.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.