Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Изменение числа оборотов и означает изисиспис окружной Л скорости и, т. е. перестроение треугольников скоростей, а следовательно, изменение рс, !Зи, 7 и т. д. К(зочс зого, при зизчигсльных отклонениях режима рабосы туромны от расчетного появля1отся доиолнитсльныс потери, которые вообще не учитывались введонными ранее составляющими КПД, например потери на удар потока газов о входные кромки лопаток.
Вследствие этого действительный коэффициент полезного действия будет меньше, чем принятый при выводе выражения для характеристики турби~ны. В главе лс'1 отмсчалосси сто аналитическое выражение для характеристики нзсосов используется лишь при определении отклонений парзчетров ЖР,г( от расчетных путем решения системы уравнений двигателя в малых отклонениях. Только для такой же цели пригодна и формула (7.46) характеристи. ки турбины. 11а соплах срабатывается часть теплоперепада й„, остальная его доля Йао=11о — 11ее преобразуется в кинетическую энергию газа в межлопаточном канале. Так как величина теплопсрепада, срабатываемого в соплах, знач1ительно меньше, чем полный теплоперепад, сопла обычно не име1от расширяющейся части и могут быть дозвуковыми. В этом случае дли ускорения газа в мсжлоиатгшиых каналах сечение их должно по иапрзвлшшю движения газа умеиьийагься.
В процессе ускорения газа между лопзтк; мп взрезает его теплосодсржание, давление и температура Когда говорят о том, что газ ускоряется между лопатками, то имеют в виду увеличение по длине канала скорости движения газа относительно стенок. т.
е. скорости ш. Относительная скорость иа ра выходе из лопаток больше отпоси- Рве. 7.20. Схема проточной части реактивной турбина~ Ркс. 7.2Ь трю гоаьпккк скоростей реактивной чурбаки тельной скорости на входе: юе>гпь Абсолютная же скорость газа в канале уменьшается: се<си Выше уже отмечалось, что распределение грабатывзсмого теплоперепада между соплами и лопатками характеризуется степенью реактивности р й Обычно в качествс параметра турбины приводится определенное значение р (например, р=0,4). Однако эта величина представляет собой некоторую усредненную характеристику, так как по высоте лопатки реактивность меняется.
Изменение реактивности по высоте лопаток связано отеч, что газ, находящийся между лопатками, участвует во вращательном движении вместе с ними. Поэтому на частицы газа действуют центробежные силы, стремящиеся отбросить газ от корня лопаток к пх концам. Величина этих гил аем больше, чем больше скорость вращательного движения газа, т, е, с„— проекция абсолютной скорости ма направление враще- 333 ния колеса. 1Лзвестно, что на входе в межлопаточный канал скорость газа выше, чем на выходе из канала, Это означает, в частности, что с~„)сэ„(рис. 7.21). Поэтому центробежные силы, действующие на газ в тот момент, когда он только что вошел в межлопаточный канал, больше центробежных сил в выходном сечении канала. Вследствие этого происходит изменение перепала давления на лопатках (п~ — рэ) по их высоте. У корня лопаток под действием отличающихся центро.
бсжных сил перепад давления уменьшается, у концов лопаток — растет. 11о перепад давления связан с ргактивносгью и вследствие изменения перепада давления меняется реактивность р. Это явление особенно проявляется в случае большой длины лопаток. В дальнейшем под р понимается степень реактивности, средняя по высоте лопаток. Скорость истечения газа из сопел реактивной турбины определяется по величине теплопсрспада, срабатываемого в соплах: ем=91,53$ Ь, =9!53~ Ьо(! р) (7А7) Действительная скорость истечения с, =чс„. Потери в соплах 2 Лс„ Ь, = — (1 — ~').
Относительная скорость ш~ на входе в межлопаточный канал находится из треугольника скоростей так же, как и для активной турбины. Относительная скорость на выходе из ло- паток та т= ~lгта~~+ 2 и„= )' та~+ 2 фо (7.48) С учетом потерь иа лопатках т 3 тт 2т' Потери на лопатках А~1т й.=,э' (1 — () Процесс в ступени реактивной турбины проиллюстрируем на 1 — з диаграмме (рис. 7.22). Процесс без потерь (адиабатичсское рашцпрение) изображается линией АС, причем отрезок АВ этой линии соответствует процессу в соплах, отрезок ВС вЂ” процессу на лопатках. 334 Вследствие потерь в соплах н межлопаточных каналах увеличивакпся (по сравнению с теми, что бьши бы без потерь) теплосодержание и температура газов на выходе из сопел и лопаток.
Линия АВ,С, показывает действительный процесс расширения газа в турбино. В кинетическую энергию превращается не весь теплоперепад ло, а только часть его (Ьв — йг — йл) . Коэффициенты полезного дсйствия ступени реактивной турбины опретсляютгя аналогично КП,Ч активной ступени, для вычисления КПД вводятся тс же категории потерь. Рис. 722. Изображение реального провести реактивной турбины в г' — з анаграиие Рис. 7,23. Схетга лопатки В реактивной турбине по сравнению с активной лишь один впд потерь зиа иыельно бочьше потери па утечку.
Это обьясняется тем, что в реактивной турбине поддерживается перепад давления на лопатках, вследствие чего возникакгт утечки газа через зазор оз между лопатками и корпусом (рис. 7.23). Кроме того, если лопатки не имеют бандажа, то газ может перетекать из од~ного межлопаточного канала в другой чсрез верх лопатки, поскольку давление на вогнутой стороне лопатки больпге давления на ее выпуклой стороне *. Однако основным видом потерь на утечку являются потери через зазор между корпусом и лопатками. Ясно, что этот за. зор существует всег ш, в том числе и при наличии бандажа на рабочем колесе, Количество газа, протекающего через радиальный зазор, приближенно определяется по формуле где 1п — высота лопатки.
' Этот анд потерь будет и в активной турбине, ротор которой пе имеет бандажа. 335 Потери на утечку (7.49) Реактивные турбины, как правило, выполняются с а=1, и поэтому потери иа вентиляцию в этих турби!нах отсутствуют. Коэффициент полезного дсйствия реактивной турбины, так же как и зкм!вной, в значительной степени определяется отношением округкной скорости на лопатках к адиабатической скорости са -=91,53~Гй„, т. е. величиной х= —" гс ал О,В )э 00 0,4 0,4 р:0 02 0,2 0,4 О,Б О,В Саа О.! 0,2 О 0 О. 0.5 Рис. 7.25. Зааисимосгь оптималь.
ного х от степени реактианости 7.24. Зависимость КПЛ от н — — — при различима степенях саа реактианости Рис Аналогично тому, как это было сделано выше для ступени активной турбины, можно установить следующую зависимость лопаточного КПД от х для реактивной ступени: 71,,, = 2х (р! соз и! — х + + р сов ра ): р,'+ х' -- 2ргх соз а! + р), где Р! — ~ ~'1 — Р. На рис. 7.24 приведена зависимость 41о „(х) для различных р, раосчгпанная при а!-— -20*, гр=-095, ф=0,97. График с р==0 соответствует активной турбине.
Исходя из рис. 7.24, можно заключить, что для принятых условии реактивная турбина познолнег полу!и!!ь несколько болыппй лопаточный КПД, чем акгивиая. Характерно также и то, что для реактивной гурбины зависимость т1(х) в обла сти максимума КПД является пологой, что позволяет варьи» ровать х в довольно широких пределах без заметного изме. пения КПД. (,' увеличением степени реак!ивности опгималь.
ная величина отношения х= возрастает (рис. 7.25), саа 33о Центростремительные турбины Выше уже отмечалось, что радиальные турбины могут выполняться и как центростремительные (газ движется от периферии ротора к валу), и как центробежные (газ движется от вала к периферии). В теории турбин показывает и, что при одной и той же окружной скорости на лопатках цен. тростремительной ступени срабатывается больший теплоперепад, чем на лопатках центробежной.
Поэтому центростре. мительиую одвоступенчатую турбину целесообразнее приме. нять, чем центробежную. Рис. 7.28, т:хсчв рнднллнноа турбины Схема проточной части одноступенчатой центростремительной турбины изображена на рпс. 7.2б, Проточная часть (так же, как и осевой турбины) состоит из сопел и межлопаточных каналов. Газ поступает из генератора в кольцевой входной коллектор !, затем в сопла 2, располагасмые обычно по всей окружности, а пз нпх в каналы, образованные лопатками 3.
Сказанное ранее о форме сопловых аппаратов осевых турбин остается в общем справедливым и для данного случая. При малых изменениях давления па соплах ~ 2б) / Рн сопла должны быть «дозвуковыми», т. е. иметь только сужающуюся часть. При этом возможен переход за скорость звука в косом срезе сопла, При болыпих ' сопла должны Р~ заканчиваться расширяющейся частью. 337 12 †28 х цг Лопатки рабочего колеса могут иметь различную форму. Пз»более простыми являются прямые [ра>с>атьные) лопз тки, однако на таких лопатках энергия газа используется недостаточно полно. Поэтому более выгодными, несмотря на сложность их изготовления, считают изогнутые лопатки, которые могут бь>ть изготовлены, например, так, как показано на рис.
7,26. В этом случае входная часть канала на- 5!равлена по радиусу, но в дальнейшем канал разворачньз с я и ззканчинается участком, напрзвленны и вдоль ос». рурсйсны с !.>кн>ссс л си!качи н,с>ь>сп>к» >акже рзтизльно осевыми. > 11онатки»е»тростремптсль»ых турбин имеют форму, существенно от,спчающуюся от формы >сопи>ок осевых турбин.
Значительно различаются и С способы крепления лопаток к ротору. И!5 Все это приводит к тому, что допу- 5 скаемая окружная скорость на лопат. ках цеитростремитель»ых турби» несколько выше, чем аналогичная величина для турбин осевых. Если допускаемая по условиям прочности окРис. тдт. ( Ке>са ппотьч руипсая скорОсть на лоп'>тках Осевых турб>и» составляет 300 — 400 з>/сел, тс> для радиально-осевых турбин о»а раина 400 — 500 л>7гек [23[. Ерзин»в.си ценгросгречительные и осевые турбины, можн» ! »сгс.!>ь вывод, что в центростремительных турбинах по!гни в оплзх и нз утечку газа мены»е, чем в осевых.
У>сень!»ение»ос! рь в соплах связано с естественной конфузорно- их выхо.сс и с мены»ей кривизноЙ со»попого канала, пс>гср» на утечку щпсжак>тся по срапненин> с по!прям!! н осевой турбине потому, сго ценгробежные силь!, лей- !в> ющие на газ, меша>от его перетеканию через зззоры Мсх(л> Лонатн:»>н И КОРПУСОМ. С ДРУГОЙ СТОРОНЫ, В РалиаЛЬ- иых турбинах несколько увеличены потери на трение лиска о газ, Преимущества центростремительных турбин особенно заметны в случае, когда сопла имеют малу>о высоту. Поэтому этн турбины могут оказаться более выгодными, чем осевые, лишь при небольших мощностях. Заметим также, что у цен- 5! тробежных турбин оптимальное значение х =- — болыпе, чем г, у осевых.
В связи с этим цен~ростремительные турбины лучше ис»оп»зова>ь при высоких оборотах вала. 11п рис.?,27 покззана проточная часть турбины и изображсны гре>тол»ники скоростей. Окружные скоро ги на входе В Мс жзо>Сат»ЧНССЙ Какая Ис И Н;С ВЫХ»дс ИЗ КЗНЗЛа ПВ На»ран. 333 лен|я по касательным к ок!|ужностям, и тре)|ельники скоро стей напоминают треугольники скоро тей на лопатках центробежных насосов. !'абота, совсршасмая газом на липа|как, опрс|гтяг|ся моментом спл, деиствувших на лопатки, и кр| кноп скоростью их вра|цгния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
