Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Московский авиационный технологический институт им К.Э. Циолковского
Кафедра “Двигатели летательных аппаратов и теплотехника”
КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРЫ ТУРБИНЫ ТРД
Методические указания к лабораторной работе
Сост.: А.М.
Москва 1983
Цель работы
Общие сведения из теории.
Газовая турбина – лопаточная машина, преобразующая тепловую энергию газа в механическую работу. В ТРД турбина служит для привода компрессора и агрегатов двигателя.
В ТРД применяются осевые реактивные турбины.
Из термодинамике известно, что работа совершается газом только при его расширении. Отсюда следует, что давление рабочего тела и его температура в начале процесса в турбине должно быть больше, чем в его конце. Турбина может быть одно и многоступенчатой. Ступень турбины (фиг. 1а) состоит из двух элементов: неподвижного соплового аппарата (1) и вращающегося рабочего колеса (2). Сопловый аппарат предоставляет собой кольцевой набор неподвижных лопаток, образующих сужающиеся каналы, в которых происходит расширение газа. Так как площадь сечения этих каналов уменьшается, то скорость течения газа в них увеличивается, а давление и температура уменьшается. Происходит преобразование распределяемой энергии газа в кинетическую. Каналы эти изогнуты в сторону вращения для направления потока газа на рабочие лопатки.
В межлопаточных каналах рабочего колеса большая часть этой кинетической энергии преобразуется в механическую энергию вращения колеса. Развертка кольцевого сечения ступени турбины на плоскость называется элементарной ступенью. Она представляет собой совокупность двух решеток профилей (фиг.10) – соплового аппарата (СА) и рабочего колеса (РК). По способу воздействия газовой струи на рабочие лопатки турбины делятся на активные и реактивные.
Расширение газа в сопловом аппарате может быть полным или частичным. В первом случае газ расширяется до давления за турбиной, следовательно, на РК давления нет. В этом случае турбина называется активной. В авиации нашли применения осевые реактивные турбины, обладающие высоким кпд при сравнительной малой массе и габаритным размерам.
В межлопаточных каналах соплового аппарата давление и температура падают, а скорость возрастает, от значения Сг до С1и меняет направление (фиг.1б). Направление вектора С1определяется направлением выходной кромки лопаток СА, составляющий угол ά1 с плоскостью вращения.
Скорость газа относительно лопаток РК W1 определяется геометрической суммой векторов скоростей С1 (абсолютной) и окружной скорости вращения лопаток на данном радиусе (- U1). Величина ее: U1= wr, где r – радиус данного сечения рабочей лопатки. Треугольник, составленный, из этих скоростей называется треугольником скоростей на входе в РК.
Межлопаточные каналы РК имеют также суживающую форму. Поэтому в них происходит дальнейшее расширение газа, сопровождающаяся дальнейшем уменьшением давления и температура. Скорость газа в РК возрастает от W1 до Wт и меняет направление.
Абсолютная скорость газа Ст за РК определяется как геометрическая сумма Cт=Wт+Uт, а треугольник, составленный из этих векторов, называется треугольник скоростей на выходе из РК. Ст меньше по величине, чем С1, так как значительная часть кинетической энергии преобразуется в механическую работу РК (фиг. 1б).
При течении по каналу, образованному лопатками РК, газ изменят направление движения и величину скорости своего движения, а лопатки при этом испытывают ответную силу газа в виде сил давления, больших на лопатке и меньших на спинке лопаток (фиг. 1б). Окружная составляющая (Рu) равнодействующих этих сил создает крутящий момент, приводящий к вращению РК и через вал передаваемый компрессору, а осевая составляющая Ра воспринимается ротором компрессора.
В идеальной трубе (без гидравлических потерь и теплообмена) газ, расширяется по адиабате, совершает работу Lagt, что, как известно из термодинамики, равно
Lagt = Cр ( Tг – Tтag) – С2т – С2г/2 (1)
Где: Tтag – температура газа в конце адиабатного процесса,
Ст - скорость газа на выходе из турбины,
Тт и Сг - температура и скорость газа на входе в турбину.
Отношение Рг/Рт = πт называется степенью понижения давления в турбине (или перепадом давления). Здесь Рг* - полное давление газа за турбиной, а Рт – статическое давление газа за турбиной.
При адиабатическом расширении работа газа максимальна и работа максимальна и формула (1) имеет вид:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.