Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 64
Текст из файла (страница 64)
ГЛЕПОВатЕЛЬНО, НнанаЧСНИ1М Гт.ПЛО- с, сь и м7сеа 1500 1000 100 7001 000 100 Л стаа1хг Рис. 7.32. Замкимосги скорости ис1ечеиия и ои~ималапои окружиой скорости от рясно.игаемого асилоперепила перепада ставятся угловия иа выбор окруткпой скорогти вращения ротора и. Если зги условия не будут вып к1неиы, турбина будет работать в режиме с ннзкн11 К11 1. На рис.
7.32 приведены график, показцизиицпй ззви1пмость скорости истечения газов из сопел 01='-0,95 91,53 1г /г„ 344 от теплоперепада /го, и график, определягощнй то значение окружной скорости и, которое необходимо иметь при данном теплоперепаде, чтобы турсгипа имела максимальный КПД: и и=.,— / с,=0,45си с~ акт Из рисунка видно, что оптимальное, т.
е, отвечающее условиям получения максимального КГ1Д, значение окружной скорости с увеличением теплоперепади, срабатываемого в гурбн:ич р:ггтст зггиччгелию. Увеличение окружной скорости вызывает возрастание на. пряжепий в лопатках, возннкагощих под действием центрабе илиях сил. Установлено, что для тех материалов, из которых в гщстоящее время изготавливаются лопатки турбин, допуститгая гго условиям прочности величины окружной скорости сос|авляет 300 — 400 м/сек '. Как видно пз рис.
7.32, такое значение скорости для одпоккпл с с~гон ~атой турбины достигается уже при йс=-(75 —;100) -'. '-, к/ т. е. при таких значениях теплоперепада, которые /рис. 7.3) ) не могут оценивался по параметрам рабочего тела кяк вреде'!нные. Для реакгггвных турбин также существует оптимальное и х=-, н поэтому вязь между наилучшими характерпстикамп реактивной турбины и теплоперепадом, срабнтываемым в ней, качественно аналогична такой связи в активной турбине (кгеняется только оптима.льное значение х). Таким образом, в одноступенчатой турбине возможности увеличения срабатываемого теплоперепада ограничены условиями прочности .чопаток.
В некоторой степени допускаемое значение /го можно увеличить, принимая х<х,пм т. е. назнаЧая рсжнМ рабОтЫ турбННЫ, Прн КОтОрОМ тг<тгчвк,. ОднаКО значитеньпое отличие х от х„п„нежелательно, так как при этом КПД снижается огепь сильно Выход из положения находят, применяя многоступенчатые турбины. Многоступенчатые турбины выполняются либо по схеме турбины со ступенямп давления, либо по схеме турбины со гтупенями скорости. Турбина со ступенями давления Для турбины со ступенями давления весь срабатываемый теплопсрг-пад йя разбивается на части, каждая нз которых реализуется в отдельной ступени, состоящей из одного ряда /грит~с того, окружная скор стк иоятет Пмтн огрвинченз в связи с огрвпнченияин по ~пслу оборотов вала ТНА (из расчета насосов нв кввитзичюг.
сопел и одно~о ряда рабочих лопаток. Рабочий процесс каждой ступени подобен рабочему процессу одноступснчатой турбины, рассмотренному выше. Туроина со ступеням«давления представляет собой совокупность щюкоммтих олпоступепчатых турбин, работающих на обои и ял тт. Схема проточной части турбины с двумя ступгньмн давления н графики изменения параметров рабочего тела вдоль газового тракта приведены на рис.
7.33. Конструктивно рабочис и и лопатки могут ,стаивали. ваться или на одном лиске, или же на разных дисках. В каждом ряду сопел падают давленщ н тсштогодсржннис и позраггаст скоросггь нн рабочих лоп,»ках скорость уменьшается. Если весь располагаемый теплоперспад йоразбит так, что на первую ступень приходится доля Ьь па вторую Ьт, то скорость истечения газов из сопел первой ступени составит с( ра' Рнс. 7.ЗЗ. Схема проточной частя тур бины с двумя ступснямн давленая С, ==: Р 91,533/йп Из сопел второй ступени газ истекает со скоростью с,'=Р'у' я л, + с„ тд2я 2 У л где с,— скорость выхода газа нз межлопаточного канала первой ступени. Подбирая величины долей теплоперепада, срабатываемых в отдельных ступенях, можно, очевидно, получить необходимые (по условиям обеспечения х=. ко„ при допускаемой и) значения скорости истечения г, из сопел обеих стз пенни.
В случае необходимости число ступеней может быть принято большим, чем две. Ступени могут выполняться и как реактивные, В атом слу.- чае газ расширяется не только в соплах, но н на лопатках каждой ступени. Турбины со ступенями давления позво.тяют сраоатывать очень болыпие теплоперепады, однако онн относительно слон ны по конструкции. В таких турбинах, в частности, необходимо тщательно отрабатывать уплотнерня на в ~зможпььх путях утечки газа, помимо сопел.
Это связано с тем, что при данной схеме тур<мщьг существуют знзчнтельньге перепадгд давлении на )часгках, где зазоры конструктивно неизбежнгя (перепады давления на рядах сопел, которые неподвижны н граничат с вращающимся ротором). Турбина со ступенями скорости Ранее было установлено, что основпун> роль в определе- !т нии зависимости 1с'11Д одностунепчатой турбины от к=-— с! играют по~три, свизанньн нзличщ и выходном ско1хо~ ти. Ухи нщненне 1х!1Д ттропнь1 при и и сни кенгщ д ог е о оптнмаль.
ной вели щпги вызывается, в частности, возрастанием выходной скорости се и потерь, г, связанных с ней, Ступени скорости применяются в турбинс для того, чтобы снизить эти потери путем непользования т,"' энергии газа, оставшейся по- рм О с, еле лопаток первое ступени во с, второй, после лопаток второй ступени в третьей ступени и т. д. 7 Схема проточной частитур- с,' бины с двумя ступенями скорости и графики изменения гр =-зр, параметров рабочего тела по длине проточной части изобра- Рис. 7.34.
схема проточной части жены на рис. 7.34. турбины с двумя ступенями скоПервая ступень этой турби- рости ны аналогична рассмотренной выше одноступснчатой активной турбине — она состоит из ряда сверхзвуковых сопел и ряда рабочих лопаток, Вторая ступень образуетгя рядамплопаток неподвижногонаправляющего аппарата и рабочих лопаток, укрепляемых обычно на том же роторе, на котором закреплены лопатки первого ряда. Лопатки направляющего аппарата выполнены так,чтобы направление газа в каналах между ними изменилось и стало оптимальным для работы газа на лопатках второго ряда. Таким образом, в отличие от турбины со ступенями давления в да~иной схеме между рядами рабочих лопаток устанавливаются ~не сопла, а лопатки направляющего аппарата. Теплоперепад на этих лопатках не срабатывается, давление по обе стороны направляющего аппарата одинаково и поэтому утечки гачп через зазоры между ротором и направляю~ням аппаратом невелики, 347 второй ступенью турбины может быть установлена третья ступень, представляющая собой также со«окуппость ряда лопаток направляющего аппарата и ряда рабочих лолаток, за третьей — четвертая и т.
д, Турбина со ступенямн скорости выполняется активной— расширение ~аза осуществляется практически только в соплпх. На лопатках направлякнцего аппарата и на рабочих лопатках давление рабочего тела не менясгся. Скорость газа уменыпается во всех межлопаточпых каналах: па рабочих лоп с|пах скорость падает за гчег совернпиля рзЙ(мы и нели нонне потерь, нн лопатках пнп)>нвляюпш~о аппарата нолнко н связи г но терямп (и ноюому незначительно), На рис. ?.35 приведено сечедс ние проточной части ту рбины плоскостью, проходяьцей через 1 * ось вала. Диаметр средней линии лопаток 0 остагтся од|шм и тем же для всех рядов лопаток илп меняется незпачптелшю. 1-!о высота лопаток растет по ходу движения газа.
Это связано с тем, ~то высота лопаток должна быть Рнс. 7.зз. иннннннне высоты достаточной, чтобы огбегпечить ннннтнн но ходу двнжнннн необходимый расход рабочего .гела. Высота определяется из ) равнения неразрывности, г. е. из условия 6=Гш,. Но от ряда к ряду лопаток снижается скорость движения газа, А так как расход через все лопатки неизменен, то уменьшение скорости должно компенсироваться увеличением сечения потока, т, е увеличением высоты лопаток. Увеличение высоты лопаток связывается также и с изменением плотности газа, вызываемым изменением его температуры.
Температура газа после сопел в идеальном процессе должна была бы оставаться неизменной (для активной турбины), однако в действительности вследствие по~ерь па лопатках температура увеличивается. На рис. ? 34 график температуры в идеальном процессе показан сплопп|ой линией, реальное изменение ее — пунктиром, Аналогично температуре возрастает по ходу двннгенпя газа и его тегпосодержание. Для двухступенчатой турбины строятся треугольники скоростей: по два на каждом ряду рабочих лопаток (рис, ?.36).
Принцип построения треугольников первой ступени и озноступенчатой турбины одинаков: треугольник нн входе лопаток первой ступени строится по аь сь и, из треугольника определяются 3, и шп треугольник на выходе стропы я пс кь 3н, и, из треугольника находятся а и счл Васев опрсде 348 ляется язмснение скорости по величине и направлению в направляющем аппарате. По величине скорость умецыпаетгя о~ сг до с, = ф„,с„где фн, — коэффициент потерь на лопа гках направлгпощего аппарата *. Угол и, выхода газа из межлопаточного канала направляющего аппарата, который, очевидно, является и утлом входа на второй ряд рабочих лопаток, определяется установкой лопаток направлякггцсго аппарата. '1 реугольнпк скоросггй на входе в рабочие лопагкн вьь рон стхчггни гт1гонтгн по г,' (нбгол|оггган коро; и,), и и х,' и г гргуг~хчьцнкя оцределя~о~ся щ, и,:,.
11н угольник, и гростей нз выходе и г второй ступени ст1~оиггя ннало~ нчно выходному т(тегыгльннку пер~юй сгупегщ. Ок1гужцнн скорое~о н 1-и сщрленл л-я слгулело гзг г "чг Ъ с, сгг гг гуг и и и и Рис. 7.36. Треугольники скоростей двухступенчатой тур- а»ага для второй ступени равна окружной скорости па лопатках первой ступени, так как диаметр, соответствуюгций средней линии лопаток, остается неизменным. Из треугольника скоростей на выходе лопаток второй ступени находится, а частности, выходная скорость сг. Если турбина имеет третью ступень (второй направляю. щий аппарат и третий ряд рабочих лопаток), то выходная скорость определяется из треугольника скоростей лопаток третьей ступени В эгон случае должно быть построено всего шесть треугольников скоростей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
