Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Коэффициенты полезного действия многоступенчатой турбины опрсделяюгся аналогично КПД одпоступепчатой турбины, но, конечно, с учетом потерь в дополнительных рядах лопаток. Так, для двухступенчатой турбины кроме потерь, учитываемых при одной ступени, вводятся потери на лопатках напРавлающего аппаРата ггн, и потеРи на Рабочих лопагках второго ряда уг,'. Эти потери определяются зависимостями: Асгг (7.бО) Аи л- ( "ч)' (7.61) * ф„ч находится аналогично коэффициенту потерь на рабочих лонаткак, т, е, но величине сл н ~Згча+рхчч, Потери с выходной скоростью для двухступенчатой тур. бины Аст й =— в Эв С учетом всех потерь КПД двухступенчатой турбины рассчитывается по зависимостям: '4„== т1ыЛи (7.62) Рис.
7.37. Ниимсщсииыс треугольии ви сиыаисгси двтхсттиси гатов тэг бины (7.63) а,=а,; Очевидно, что г' будет иметь наименьшее значение в том случае, когда зта скорость перпендикулярна ротору, т. е. при и.,'=- —. Если зто условие выполняется, то из прямоугольного треугольника скорос.тей Аи = с, соз аи и Ззвисимгыгь КП.гх двухсг,пенчатой турбины от х ==в и оптимальное значение этого отношения можно было бы установить так же, как это было сделано дляоднойстую, пени (формулы 7.36 — 7.33) .
Однако в данном случае мы опустим вывод формул Пв, (х) и проанализируем эти зависимости только по треугольникам скоростей. На примере одпоступенс ' и~, с,' гтг' Сг — — — — чатой турбины было уста- новлено, что оптимальная и и а и — — + -. Ыв величина х, при которой достигается наибольший лопаточный КПД, соответствует режиму работы турбины, характерному тем, что выходная скорость ст имеет наименыпее значение.
Это положение остается в силе и для двухступенчатой турбины. Однако условия получения минимума выходной гкорости неско,п ко мспяк1тся. 11а ршх 7.37 изображены совмсщснныс треугольники скоростей двухступенчатой турбины, построенные без учета потерь и при следующих соотношениях между углами: Отсюда устанавливается оптимальное значение х для двухступенчатой турбины или соз е, еп =-- (7.64) Рис.
7.38. Зависимость КПЛ от х при раз ных числах ступеней " При а~=17' соа а~=0956 и оптимальное значение х составляет: для одноступенчатой турбины — 0,48; для двухступенчатой турбины — 0,24; для трехступенчатой турбины — 0,16. 351 где г --число ступеней. Можно показать, что зависимость (7.64) является общей для турбин с любым числом ступеней..'!сгко видеть, что полученное раныпе значение лои, для одно- Я ал ступенчатой турбины (формула 7.37) также определяется этой зависимостью. -г =1 Из выражения (7.64) ше число ступеней турбины, тем при мень- и 0,4 ших значениях л= —— с~ 2=0 .
'7=2 достигается максимальная величина ло- 02 паточного коэффициеита полезного действия. Это означает, в частности, что в много- О, 2 0, Е О, б 0 0 т ступенч а той тур ои не легче реализовать большие теплоперепады ". Однако вместе с тем можно установить, что наибольшее значение КПД, достигаемое в турбине, уменьшается с увеличением числа ступеней, так как с ростом г потери на новых рядах лопаток возрастают. На рис. 7.38 приведены графики пе,(х), построенные для турбин с различным числом ступеней скорости. Графики рассчитаны для а~=1?'! ~р=ф=095 и соотношений углов (7.63).
Соотношения углов, принятые при построении графиков, не являются оптимальными, поэтому абсолютные значения Олгбвгг га гп урбиим Рис. 7лв. Схема проточиоп час~и тт рбиим с возвратом рабочего тела КПД, приводимые на ряс. 7.38, несколько занижены, и в действительности коэффициенты полезного действия турбин могут быть получены псиного большими. Так, лопаточный КП)1 одност) нснчатой т) рбпны доходит до 0,85, двухступепчатой— до 0,8. Пз рпс. 7Л8 стеиуст, 'по при ыа ~ых значениях х (прн с-..
0,3) двухступенчатая турбина имеет ботее высокий КПД, геы отпоступен ~итая. Поэтому, когда необходимо получить возможно болыций коэффициент полезного действия в области незначительных величин х, целесообразнее примснять двухступенчатые турбины, Переход к трехступенчатым турбинам, как это видно из рис. 7.38, зачетного выягрьппа в КПД не диет, в то же время с, с, ".
трехступенчатая турбина имеет 'г. ', более с,чожпую конструкцию. Графики рис. 7.38 соответ- ф „ствуют определенному значе. ЯФ'' пню угла аь изменение которого в соответствии с формулой (7.64) ведет к изменению оптимального х, т. е. к смещению положения максимума КПД,. Кроме того, прп этом меняется и само значение максимального коэффициента полезного действия.
Зависихгость КПД от а1 для одноступенчатой турбины определяется выражением (7.36). Согласно этой зависимости КПД теы болыпе, чем меныпе угол пь Для многоступенчатых турбин связь КПД и угла установки сопла несколько меняется. Для двухступенчатой турбины ~тагтбольшее значение КПД достигается примерно при а1 — — 17', для трехступенчатой — при аю — -22'. Поэтому в многоступенчатых турбинах угол принимается ббльшим, чем в одноступепчатых. Разновидностью активной турбины с двумя ступенями скорости является турбина с повторным подводом газа (рис, 7.39). Оца характеризуется тем, что имеет при двух ступенях всего одни ряд рабочих лопаток, Гиз, отработаишип иа лопатках и первый раз.
поступает в своеобразный направляющий аппарат, который подводит его к тем же лопаткам, но с другой их стороны. Достоинства такой турбины: относительная простота конструкции и возмоястгость увеличения степени парциальностп, т. е. количества .лопаток, работающих в данный момент времени под ггп)яыи газов. К недостаткам турбин с повторным подводом рабочего тела можно отнести то, что вследствие значительного поворота газа в канале направляющего аппа- рата (на угол, больший 90') растут потери на этом аппарате.
Кроме того, турбину такой схемы трудяо создать при значительных расходах газа. й 75, ВЫЬОР ПАРАМЕТРОВ РЛЬОЧЕГО ТЕЛА И СХЕМЫ ТУРЬИНЫ Основу расчета туронны состаьляет определение геометрических размеров се проточной части, в результате которого находятся размеры сопел, лопаток и диаметр ротора. По результатам расчета проточной части разрабатывается конструкция всех основных элементов турбины. Постановка задачи нз расчет может бып различной. Пасть параметров, знадпе козовых необходимо для выиолнеш я расчета, может быть задана, частично эт~ параметры выбираются перед расчетом проточной части. Однако в любом случае, для того чтобы определить размеры сопел и ротора, должны быть известны; — параметры рабочего тела на входе в турбину дзвтсние р„ температура Т„", газовая постоянная )т', показатель адиабаты /г; — давление газа за турбиной рб — мощность турбины АГ„или расход газа 6,; шсло оборотов вала турбины в; — схема (тнн) турбины.
Выбор перечисленных величин и типа турбины будет достаточно обоснованным лишь в том случае, если прн этом выборе учитгявзются те связи, которые существуют в двигателе между турбиной и другими агрегатами (насосами, генератором рабочего тела, камерой и т. п.). Поэтому окончательное решение по характеристикам турбины и параметрам рабочего тела может быть принято только на основе анализа схемы всей двигательной установки. Выбор параметров рабочего тела Г!реж гс всего замстич, что поскольку между генератором рзбс нго тгзз турбины н турбиной не устанавливается никацх агрюзтоя, )о давзенне и температура газа нгрсд сонлама гурбины, т.
е, р, н Т„, практически равны давлению и температуре в камере генератора, которые обозначаются как р,, и Тт„. Поэтому вместо выбора р„и Т, можно рассматривать выбор параметров газа, образукнцегося в гене. раторе. Выбор и определение параметров рг„ и Т„ проводятся с )чстом особенностей принятой схемы двигательной установки и типа генератора, В некоторых случаях состав и темнерз. тура газов в генераторе однозначно определяготся самим его типом.
Так, например, если в двигателе используется генератор на перекиси водорода определенной концснтрапии, то в турбину будет поступать газ всегда одного и того жс состава и извесгнои температуры. Задача выбора Т„„ в таком случае не ставится. Однако вели для ЖРД предусмотрен генератор на основных компонентах топлива, то температура Т,. может варьироваться в очень широких пределах за счет изменения соотношения компонентов в генераторе.
В атом случае темпера- Ос а б Рис. 7МО. Схемы ЖРТх тура должна выбираться, Температура Т, назначается исходя в основном из того, чтобы при работе турбины не было перегрева лопаток. Выбором температуры Т, определяется и соотношение ксмпонентов топлива в генераторе, а следовательно, и состав ~енераторного газа. По известным температуре и составу газов находятся газовая постоянная тс' и показатель адиабаты Ф. Давление в газогенераторе ргс выбирается для двчгателеи замкнутых и разомкнутых схем по-разному.
На рис. 7ЛО по казаны простейшие схемы ЖРД с генератором на основных компонентах в случаях, когда двигатель работает без дожигания (разомкнутая схема) или с дожиганием (замкнутая схема) рабочего тела турбины. Для схем характерно, что подача компонентов топлива в камеру и в генератор осуществляется одними и теми же насосами. В двигателе замкнутой схемы один нз компонентов поступает в генератор полностькз, второй — частично, Вйй Обознэчич давления за насосами через р„,к и р„„, по. тсри давления в магистралях ог насосов до камеры через дуг„, и Ьр,, от насосов до генератора через Ьр,', и Ьр,'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
