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
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.
 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 )
                       ( 36 )
где  -
ширина
 -
ширина  -ой ступени.
-ой ступени.
            Если определяется
ширина только первой  и последней
 и последней  ступеней,
 ступеней,
 ( 37 )
                       ( 37 )
            В проточной части
турбины существенно изменяются ( рис. 5 ) как величина  так
и направление
 так
и направление  вектора скорости движения
газа. На выходе из сопловых аппаратов угол
 вектора скорости движения
газа. На выходе из сопловых аппаратов угол  обычно
составляет от 20 до
 обычно
составляет от 20 до  и при этом скорость
 и при этом скорость  близка к критической
 близка к критической 
 ( 38 )
                      ( 38 )
где  и
 и
 - показатель адиабаты и газовая
постоянная;
 - показатель адиабаты и газовая
постоянная;
 -
температура газа при его движении со скоростью распространения звука.
 -
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
 на выходе из лопаток рабочего колеса
от ступени к ступени увеличивается, но как правило, не превышает 300 – 350 При этом угол
 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
 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
 и обычно отличается от этого
значения не больше чем на  . Для первой и
промежуточных ступеней многоступенчатой турбины отклонение вектора скорости
. Для первой и
промежуточных ступеней многоступенчатой турбины отклонение вектора скорости  от осевого направления может быть
значительным и достигать
 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 входе до  на
выходе, но и относительная от
 на
выходе, но и относительная от  до
 до  , и работа реактивной ступени
, и работа реактивной ступени
 ( 39 )
                    ( 39 )
а степень реактивности
 ( 40 )
                            ( 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
 под
которой понимается отношение располагаемых адиабатических теплоперепадов в
рабочем колесе и в ступени, и которая связана с  следующей
зависимостью
 следующей
зависимостью 

где  КПД
ступени.
 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
 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
 КПД
ступени из – за чрезмерно большой закрутки  газа
на выходе из лопаток рабочего колеса начинает снижаться.
 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
, 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
 и выбирается в этом диапазоне с
учетом ее зависимости от окружной скорости  лопаток
компрессора на внешнем диаметре
 лопаток
компрессора на внешнем диаметре
 ( 41
)
                                 ( 41
)
и следующих возможных величин коэффициента нагрузки ступени
 ( 42 )
                           ( 42 )
верхний предел которых соответствует меньшим значениям КПД ступени.
Скорость истечения газа из соплового аппарата
 ( 43 )
                            ( 43 )
где коэффициент в скобках может
приниматься до 0,95 при  и 0,8 при
 и 0,8 при 
            Коэффициент скорости  Критическая скорость
 Критическая скорость  определяется по формуле ( 38 ), где
температура
 определяется по формуле ( 38 ), где
температура 
 (
44 )
                                              (
44 )
и  -
температура заторможенного газа за турбиной.
 -
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.
 находилось в
пределах 0,55-0,75.
            Согласно плана
скоростей ( рис. 5 ) осевая  и окружная
 и окружная  составляющие абсолютной скорости
 составляющие абсолютной скорости  :
:
 и
 и  (
45 )
                      (
45 )
 где угол  выбирается
с учетом данных п. 3.1 и того, чтобы отношение скоростей
 выбирается
с учетом данных п. 3.1 и того, чтобы отношение скоростей  находилось в пределах 0,5 – 1,0.
 находилось в пределах 0,5 – 1,0.
Относительная скорость движения газа на входе в лопатки рабочего колеса
 ( 46 )
                 ( 46 )
            Угол  характеризующей направление вектора
скорости
 характеризующей направление вектора
скорости  определяется из соотношения
 определяется из соотношения
 (
47 )
                                                   (
47 )
Согласно формулам ( 39 ) и ( 40 ) на выходе из лопаток рабочего колеса абсолютная скорость движения газа
 ( 48
)
                                 ( 48
)
и относительная скорость
 (
49 )
                                        (
49 )
где степень реактивности  по данным п. 3.1 выбирается для
первой ступени в диапозоне 0,3 – 0,4 так, чтобы величина скорости
 по данным п. 3.1 выбирается для
первой ступени в диапозоне 0,3 – 0,4 так, чтобы величина скорости  получилась больше осевой
 получилась больше осевой  но не выше 350м/с, когда турбина
многоступенчатая.
 но не выше 350м/с, когда турбина
многоступенчатая.
            Направление вектора
скорости  определяет угол
 определяет угол  , величина которого выбирается по
данным п. 3.1. При этом ( рис. 5 ) окружная
, величина которого выбирается по
данным п. 3.1. При этом ( рис. 5 ) окружная  и
осевая
 и
осевая  составляющие абсолютной скорости
 составляющие абсолютной скорости 
 и
 и  (
50 )
                     (
50 )
            Угол  , характеризующий направление вектора
скорости
, характеризующий направление вектора
скорости  определяется из соотношения
 определяется из соотношения
 (
51 )
                                                  (
51 )
            Перед рабочим колесом
термодинамические параметры воздуха ( температура  давление
 давление
 и плотность
 и плотность  )
определяются по формулам ( 1 ) – ( 3 ), где
 )
определяются по формулам ( 1 ) – ( 3 ), где  и
принимается, что
 и
принимается, что  так как потери давления в
сопловом аппарате незначительны.
 так как потери давления в
сопловом аппарате незначительны.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.