Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 40
Текст из файла (страница 40)
При повышенных перепадах давлений я, = р,~р~ 3,3...3,8 н ок- ружных скоростях и = 450...500 и/с значение приве енн " сопловом аппарате обычно выбирается в днапазойе Х - "1 2..., е приведеннои скорости в т ом поте а о е „,„=, ...1,35, в ко- вышает Х,„»ьд "" 0,9...0,95. ор ри снижаются. Скорость за рабочим колесом пр ри этом не преОднако на выбор степени реактивности ступени существенное влия- ние оказывает также принятая схема охлаждения абочих ло , и требноеасевое силиен у и на роторе турбины (необходимое для уравновеши- вания осевой силы, действующей на ротор компрессора) и другие газо.
затьс динамические и конструктивнме соображения. Н и . апример, может окаться, что потери в саяновом аппарате соответствуют к о" ишй ветви зависимости Х ругон восходя- зависимости в б тн Ьлр( „„) ири пологом протекании аналогичной тивности, т. е. мень е рабочем колесе. В этом случае увеличение степ ени реаку ьшение Анзлпрн некотором увеличении Х будет способствовать повышению КПД ступени, » э»л» Пониженная еак вн относитеиьной ско т р ти ость ступени приводит к увеличению уровня рос и н»т на входе в рабочее колесо, что требует приме- нения тонких входных кромок рабочих лопаток.
Эта ухудшает возмож. них каналов хл ность надежного охлаждения кромок (в силу неоптиьшл льности внутрен- связанная с н ох «ждення). В этом случае увеличение реек тнвностн и а к нм возможность утолщения входных кромок обл р бот у системы нх надежного охлаждения, несмотря на некого е веегчает раз- личение температуры на входе Т„р мот я на некоторое уве- ниях абочего к л ) Кроме того, увеличение реактивности (особенности в корневых сече- системе охлаж ения а р о есв) способствует повышению перепада авл й д ени в охлаж ения д рабочих лопаток, что увеличивает надежность проточн ючв тьн д, а также уменьшает подтекания охлаждаю е щ го воздуха в у с авнутреннемдиаметре в осевом зазореступени. Поэтому в ряде случаев идут на повышение реактивности ступени , ...,, что позволяет минимизировать суммарйую осе.
уленн до вую силу в каскаде высокого давления, способствует уменьше чек воздуха из-за комп рессора, а также позволяет использовать их для 2М рнс, 3,3. Сдана лопасне лоздула к ротору турбинап а-безмкруткм; б- с предларнтсааной закруткой; 1 — сол.
лолой алпарал 2 — рабочее колесо! 3 — диск; 4 — лабирннтмое уплотнелке; $ зекруонлнощий аппарат охлаждения турбины низкого давления. Пр~ тех же значениях л, и иср в этом случае может оказаться целесообразным, напротив, применить дозвуковую скорость в сопловом аппарате Хттзл" 0,9...! и сверхзвуковую скорость эа рабочим колесом Х 2 " 1,2...1,3. Газодннвмические потери в проточной части в этом случае могут оказаться небольшими, однако температура газа в рабочих лопатках будет на 30...40' выше, чем в случае низкой степени реактивности. Из сказанного следует, что выбор степени реактивности охлаждаемой ступени является сложной многопараметрической задачей. Ве рациональное решение является результатом компромисса между требованиями газодинамики, охлаждения, условиями уравновешивания осевых сил в двигателе н во многом определяет успешность создания высокоэффективной и надежной охлаждаемой турбины, Оценка мощности н КПД охлшкдаемай турбинной ступени.
Расчет мощности охлаждаемой турбинной ступени производится в соответствии с уравнением Эйлера по фактическим скоростям и расходам рабочего тела перед и за рабочим колесом. На рис. 9.3 схематически представлены два основных способа подвода воздуха к рабочим лопаткам — без предварительной закрутки через пустотелый ротор и с предварительной за. круткой (с помощью лопаточного аппарата) под вращающийся дефлектор (пакрывной диск) или непосредственна к хвостовнкам рабочих лопаток. Прн радиальном течении охлаждающего воздуха по внутренним полостям диска и рабочих лопаток на ротор действует дополнительный мо.
мент сопротивления, равный изменению момента количества движения проходящего воздуха и приводящий к потере мощности Мы = Се(езыыы иыы Свывыы мы»о)» (9.б) где с „„и с,„„,„— окружные составляющие скорости воздуха на входе и выходе из ротора," и н и„ж- окружные скорости ротора в месте входа и выхода воздуха. Из треугольников скорости для охлаждающего воздуха на выходе нз закручнвающего аппарата легко можно выразить его температуру торможения в относительном движении в месте подвода к ротору (9.7) н2 -Т+ш - -' * ш с « вывх вэ 2, с У Р 6! !гт«„6«тк м«« В!!«ы 6! + 6«тк С, сэ„„+ Смк с«в см 6! + 6«Рк где Т,'р- температура торможения воздуха перед закручнваюшим аппа- ратом. Прн течении воздуха в радиальных каналах ротора температура торможения увеличивается (беэ учета пологрева в каналах охлаждения) в соответствии с формулой !э ц2 Твн Твы«т в 2ср (9.8) Иэ выписанных формул следует, что предварительная закрутка воздух» на входе в ротор может значительно уменьшить затраты мощности на прокачку воздуха через ротор, а также температуру торможения воздуха в относительном движении на входе в ротор по сравнению с их мак.
снмальными значениями (при св« „О), равными !4« 3 М,=-С«с,«в и „и Т' „,=Тва+ 2 Р увеличение температуры торможения воздуха (без учета подогрева в охлажпаюшнх каналах) не зависит от его предварительной закрутки и определяется только значениями окружной скорости на данном радиусе и в месте входа, Мощность и эффективность ротора с охлаждаемымн рабочими лопаткамн можно было бы оценить по параметрам воздуха и газа в сечении вы. модных кромок рабочих лопаток. На рнс. 9.4. показаны треугольники скоростей непосредственно эа выходными кромками (сечение й — Ц н в сечении 2-2, в котором параметры потока примерно выравниваются. Однако в сечении выходных кромок скорость основного потока как правило неизвестна, ее величина и направление леременны цо шагу, кромочные потери еше не проявились и т.
д. Параметры потока, в частности, при выпуске охлаждающего воздуха из кромок существенно неоднородны: Твы (О б...0,8) Т'! н !вв" (ОэЗ -О 5) !вив. Поэтому гораздо целесообразнее проводить расчет, исходя из параметров выровнявшегося потока в сечении 2-2, в котором обычно прово. дятся экспериментальные измерения. Использование экспериментальных данных (учитывающих влияние выпускаемого воздуха на кромочные потери, взаимодействие его с основным потоком и др.) позволяет более обоснованно оценить осредненную скорость потока и! н момент количества движения за охлаждаемой ступенью. При выравнивании параметров рабочего тела за ступенью, как нэ.
вестпо, момент количества движения не изменяется с увеличением рас. стояния от выходных кромок. Из этого условия окружная составляющая скорости выровнявшегося потока в относительном или абсолютном движении может быть вмражена через параметры газа и воздуха в сечении х — й с помощью очевидных соотношений без учета потерь в радиальном зазоре (которые можно оценить по давным (1]; см, также разд. 9.б) мощность, развиваемая ротором, равна Мн«6!с!«и!+С,гхс, и,„! Стсмпэ-Сыкс-. и.ы (9.10) где С! н 6! — расход рабочего тела (смеси газа н охлаждающего воздуха) на входе и выходе из рабочих лопаток в пределах проточной части; с! „ и с!„, и! и ит- окружнме составляющие скорости смеси и скорость вращения ротора на среднем диаметре на входе и вмходе из рабочих лопаток; Сщ„— расход охлаждающего воздуха, поступашего в ротор; С'вгх- расход охлаждающего воздуха, выпускаемого нз ротора вне проточной части (например, в бандажированный нли безбандажный радиальный зазор, из зазоров замконого соединения на переднюю или заднюю часть диска и т.
д.); с„,„и и„- окружная составляющая скорости воздуха и скорость вращения ротора в месте выпуска воздуха из ротора вне проточной части. Отнеся все члены этого соотношения к раслолагаемой энергии основного потока, в частности, по заторможенным параметрам С,Н,',в, полу- чим * * Ф Ч« = Ч «э+ ОЧ в.вх ОЧ«,вы«> (9,11) где Ч„э - первичный КПД, подсчитанный по мощности, развиваемой пото- ком смеси в проточной части ступени, 6, с!в и ! + Ст см и! Ч«э С Н» в«д (9,12) ОЧ,,„— приращение первичного КПД, за счет закрутки воздуха на входе в ротор, С, кс, ив« ба ' «.в« Г .Вв (9.13) ОЧ, „— уменьшение первичного КПД за счет сообщения закрутки воз- духу, выпускаемому из ротора вне проточной части, ° 6'«тк си«вы лвых 0 ' Ч в,вы« ° Г в«в (9,14) Как вилно из рис, 9.4, при выпуске воздуха из выходных кромок рабочих лопаток он приобретает в абсолютном движении значительную составляющую скорости, направленную по вращению, на создание которой и затрачивается часть мощности ступени.
При обычном газодинамическом расчете турбины влияние этого фактора учитывается антомати- лн Рис. У.а. Треугольники скоросгей на выходе иа рабочего колеса олланиае- ыойгурбины Рис. Рлй Выбор направления враныния рогора ТНД при олносгупеичсгой ныеоконагрукеииой ТВД Припобопороеглог Обоогтороопег брощпте РКбпп чески при оценке коэффициента скорости ф потока эа рабочим колесом (см. гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
