Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 58
Текст из файла (страница 58)
7зк 11роточная часть одноступен ~атой актианой турбины 11" ки 4, сопла 5, патрубок 6 для отвода газа пз турбины. Вал с рабочим колесом уставовлеи в подшипниках 7. Вращающиеся дсГали турбииы называют ротором. На рис. 7.! сопло условно повернуто в плоскость чертежа. О действительном размещении сопла относительно ротора можцо судить по рис. 7.2, ца котором в увеличеииом масштабе показано сечение «А — А» Грие. 7.1), т. е. сечепис посоплу и середине высоты лопатки.
Сопло, как видио из рис. 7.2, сильно иаклопеио к плоскости ротора. Угол наклона сопла обозначим через ац Лопатки имеют сложный изогнутый про Филь, между лопатками образованы каналы, к которым с одиой егоровы подходит срез сопла. На рис. 7.2 показано и изменение параметров рабочего тела вдоль проточной части туРбины, т. е. вдоль сопла и в мсжлопаточпом канале. Оостояцие газа, поступающего н сопло, характеризуется параметрамп тормоясепитГ Гтп Те Гс Скорость газа часто ' Термины «актианая одиоступенчатая» будут пояснены ниже. Рис. 7.3. Схема лейстаяя газа иа лопатку Р„= — (сг соз и, + с, соэ и,). (7.1) ' Знак «+» в формуле (7д) саязаи с тем, что углы а~ я аз (ряс, 7>2) отсчитываются в противоположных иаправлеяиях.
306 бывает при этом мала и параметры тормо>кения практически совпадают со статическими паРаметРами Ре, Те, (е. В пРоцессе движениЯ газа по соплУ паРаметРы снижаютсЯ до Рь Ть рь а скорость увеличивается н достигает на выходе из сопла значения с,. С такой скоростью поток газа и поступает в межлопаточный канал. Этот канал имеет такую форму, что газ вьнзу>кдеп существенно изменять направление своего движения: если скорость с~ направлена под углом п~ к плоскости ротора, то скорость выхода газа из межлопаточного канала сасоставлягтс той же плоскостью угол пз, отличающийся от и> почти на 90'. Кроме того, скорость ст меньше скорости сь Таким образом, в межлопаточном капале меняется количество движения газа,что свидетельствует о силовом взаимодействии г его с лопатками.
Физически это взаимодействие проявляется в том, что па погнув той (омываемой потоком) поверхности лопатки даплснне газа больше, чем на противоположной (выпуклой). Результирующая Р (рнс. 7.3) сил давления газа по поверхностям лопаток, испытывающих воздействие газа, раскладывается на две составляющие--окружпук> силу Рп, действующую в плоскости ротора, и осевую силу Р„, направленную перпендикулярно к этой плоскости.
Сила Р„создает момент относительно оси вала и заставляет ротор вращаться в направлении и (рис. 7,2), совершая работу. Сила Р, работы не совершает и воспринимается подшипниками. Скорость сз газа на выходе из лопатки меньше скорости входа сь так как часть энергии потока используется для совершения работы. Давление, температура н эитальпия в мсжлопаточном канале турбины рассматриваемой схемы не меняются (если не учитывать потерь). Величину сил Рп и Р, можно определить, применив к газу, протекающему между лопатками, теорему об изменении количества движения. Если обозначить через Ст, секундный расход газа, то, рассматривая изменение количества дни>кения в плоскости рабочего колеса, получим ' В плоскости, перпендикулярной рабочему колесу, Р, = †' (с, з|п а, — с, з|п а,).
(7.2) Обозначим диаметр, на котором размешаны лопатки (их середина), через й. Тогда крутящий момент, воздействующий на лопатки, составит М„=. Р„ гз Мощность определяется как О,и Л~,= Р и = — '(с, сова, + с~сов~,), т и (7.3) яЕ)п где гг = во — окружная скорость перемещения середины лопаток; и — число оборотов в минуту.
Иногда вводят удельную мощность турбины, понимая под ней мощность, приходящуюся на расход газа в | кГ|сек. УА или дГг, = — (с, сова, + гесоза.). (7.4) (7.5) или (7.6) где Я и л — газовая постоянная и показатель адиабаты пропесса расширения рабочего тела.
Изменение теплосодержанпя (знтальпии) а сопле, т. е, величина (~',", — г',) называется теплоперепадом, срабатываемым в турбине, илн располагаемым теплоперепадом и обозначается через (7.7) Теоретическая скорость истечения газов из сопла, т. е. скорость без учета потерь, связывается с параметрами газа яа входе в сопло (г",,, р„", 7';) и на выходе из сопла (|ь рь Г,) известными соотношениями сы 17 А (го г1) = 9|,53 $Гга Величина теплоперепада связывается с работой адиаба'а й р кол~ тического расширения газаке= Так как (7,8) то сl (7.9) Величина 7-а соответствует максимально возможной дли ! кГ газа работе в турбпие. Сравнивая соотноп~сния (7,6) и р ги (?.8), устанавливаем, что с11 7.
= —, е— вк ' 7 Ф о Рабочий процесс турбины рассмотренной схемы без учета потерь изображаетсп в диаграмме т' — а адиабатой ЛВ (рпс. 7.4). гс -ис и Рис. 7.б, Треугольники скоростей для одностуненчатой турбины Рис. 7.4. Изображение идеального пронесса одноступенч,атой активной турбины на à — а диаграмме На рис. 7.5 приведены треугольники скоростей газа на входе в мсжлопаточньш канал и на выходе из него. Треугольник на входе в канал образуется скоростью сь являющейся абсолютной скоростью, скоростью и (скорость переносного движения) и скоростью ьуь представляющей собой скорость движения газа относительно лопатки. Для построения треугольника обычно известны векторы с, и и.
При этом скорость с1 равна скорости вы:сода газа пз сопла и наклонена под углом а~ к плоскости ротора. Скорость и по величине и направлению совпадает с окружной скоростью иере. к гон мещения лопаток, т. е. и = †, , Скорость ю, получается бо построением треугольника. Угол наклона ее к плоскости ро. тора обозначается через рь 310 Треугольник скоростей иа выходе пз канала образуется аналогичныл~н СОстааЛЯЮЩи11И СЬ им Юз, причем величИНа и остается той же, что и для входа, так как диаметр, соответствующий середине лопаток, одинаков.
Величина юс определяется величиной п1~ с учетом потерь, угол 111 равен углу наклона профиля лопатки. Для построения треугольника из- ВССГНЫ сла, и, р, И НанраВЛЕНИ~ СКОРОСтн и, СКОрОСтЬ СВ НаХО. дится построением. Классификация турбин По особенностям рабочего процесса турбины делятся на активные и реактивные. Активные турбины характеризуются тем, чго располагаемый теплоперепад Ь, срабатывается целиком в соплах. Это означает, что в межлопаточном канале газ движется без изменения теплосодержания, давления и температуры. Такой характер движения газа между лопаткамп обеспечивается соответствующим профилированием межлопаточных каналов. Рассмотренная вьппе турбина относятся к числу активных.
В реактивных турбинах расширение газа, связанное с уменьшением его теплосодержания, не заканчивается с выходом газа из сопла, а продолжается и в межлопаточных каналах. Весь срабатываемый а турбине теплоперепад 11, разбивается на две части: Ь, и Ьл Часть теплоперепада Ьс срабатывается в соплах, /гл реализуется на лопатках: Лс=л +й; Ь =Х вЂ” -111 й =11 — гл, с, л„' с, Л 1 л, 1 где 1а — тсплосодержание газа на выходе из лопаток. Чтобы осуществить такой рабочий процесс, когда газ расширяется частично и между лопатками, необходимо провести соответствующее профилирование межлопаточного вал нала. Величину р = —,', показывающую долю всего теплолс, перепада, срабатываемую иа лопатках, называют степенью реактивности турбины.
Активной турбине соответствует р=-О. Однако часто активными турбинами называют и те, степень реактивности которых невелика (р ( 0,15). Вторым отличительным признаком турбины является число ступеней. Ступенью турбины называется совокупность одного ряда сопел и одного рада рабочих лопаток. Расс.мотренная выше т~урбина является одноступенчатой. Турбины с числом ступеней две н более называются многоступенчатыми. Турбины классифицируются также по направлению движения газа в проточнои части. Если зто направление в об- 311 щем совпадает с направлением вала турбины, турбина пазы. настоя осевой (рис.
7.1). Кроме осевых турбин применяются турбины радиальные, в которых сопла и лопатки установлены так, что газ перемещается в плоскости вращения ротора. Если при этом газ движется к центру колеса, турбина называется центростремительной, если газ движется от центра — центробежной. '1'аким ооразом, турбина, иа схеме которой налчи рассмотрены особенности рабочего процесса !рис. 7.!), относится к числу активных о евых одноступенчатыч турбин. И наконец, отметим еще .Ф~ один параметр, по которочу различают турбины,-- их парциальность. Степенью нарциальности турбины называют долю окружности, на котоРнс.
7.6. Схема расположения Рои располагаются сопла. На в1яхолных сечений сопел рис. 7.6 показан вид плоскости корпуса, на которой размещаются выходные сечения сопел. Если обозначить через 1, длину выходного сечения одного сопла, а через з число сопел, то степень парциальностн составит хге ~Ю Очевидно, что предельным значением степени парциальностп является е=1, в этом случае сопла заниманет всю окружность. В зависимости от ряда факторов, и в частности от схемы )КРД, потребной мощности насосов, параметров рабочего тела турбины, может оказаться целесообразным применение турбин различных типов. Особенно значительные различия наблюдаются у турбин ,л)(РД замкнутых и разомкнутых схем. В ЖРД разомкнутой схемы газ после турбины выбрасывается в атмосферу, поэтому его давление может быть принято близким к давлению окружающей среды, т.
е. малым. В связи с этим изменение Ро давления на турбине, т. е. отношение давлений — в таких Р1 турбиннх назначается большим. В Я(РД замкнутых схем газ, отработавший в турбине, направляется в камеру двигателя, для чего давление газа должно быть больше давления в ка- Р„" мере. В этом случае величина — получается малой. Боль- Р~ шое различие в величине — для турбин уКРД замкцутых Р1 312 и разомкнутых схем приводит к тому, что в этих двигателях оказывается целесообразным применять турбины разных типов. Сборка насосов и турбин, применяемых в двигателе, носит название турбонасосного агрегата (ТНА).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
