Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 114

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 114)

и (1,до)орд — 2геиа((~ра соРа,). Для получения тй „„турбины со ступенями скорости можно рекомендовать и рдд Рис. 14.51. Схема проточной части двухступенчатой активной турбины со ступенями скорости и треугольники скоростей тдч одах илн (и/Сд)ор~ = Сов ам Если срабатываемый теплоперепад при р, = 0,5 распределяется поровну между ступенями, то ,— $ дч'д„~, где 1,до — работа адиабатического расширения всей турбины; г— число ступеней. Следовательно, (и/сд),рд — — ( ид) 2<рЛ„>!г)орд — — соз а„от куда 7.до орд = гиту(2дра созеад).

Активная турбина со ступенями давлен и я. Такая турбина представляет собой последовательный набор одноступенчатых турбин. При равномерном распределении срабатывасмых теплоперспадов по ступеням с,= Таким образом, абсолютная скорость потока на выходе из сопл уменьшается в )д"г раз по сравнению с одноступенчатой турбиной при том же теплоперепаде. В каждой ступени имеет место т)х .х прн (и!с,)орд — — созад(2. Для турбины в целом 572 (и!сд)орд — — 0,2 —: 0,25. Активная биротативная турбина со ступ е н я м н с к о р о с т и.

Биротативная турбина — турбина с дискамн встречного вращения без направляющего аппарата второй ступени. Рассматриваемая биротативная турбина является разновидностью активной турбины со ступенями скорости. В биротативной турбине, так же как и у турбины со ступенями скорости, (и/с ) рд = соз аду(2г). . Причем КПД биротативной турбины обычно на 2 — 4о4 больше КПД осевой двухступенчатой активной турбины. Тангенциальные турбины. В тангенциальных турбинах (их часто называют вихревыми или турбинами трения) направление потока газа осуществляется по окружности рабочего колеса.

Выходной патрубок турбины располагается от входного приблизительно через 300' по окружности. Между патрубкамн имеется газовое уплотнение, предохраняющее перетекание газа из области высокого давления (по- ласти входа) в область малого давления (полость выхода турбины). По мере движения потока по окружности газового тракта турбины и, следовательно, по мере срабатывания теплосодержания газа проходное сечение тракта увзличивается, что и допускает возрастания абсолютной скорости потока.

В тангенциальной турбине газ многократно попадает на лопатки колеса и, следовательно, частицы газа многократно обмениваются импульсами с рабочим колесом. Таким образом, тангенциальная турбина представляет собой как 573 бы многоступенчатую турбину со ступенями давления. Тангенциальные турбины хорошо работают на влажном паре, так как капельки жидкости отбрасываются к периферии и не воздействуют на лопатки колеса.

В настоящее время нет достаточно установившейся методики расчета тангенциальных турбин. Их проектируют опытным путем или с помощью различных приближенных методов. Один из таких методов — посекционный метод расчета тангенциальной турбины, по которому рабочую часть тракта турбины от входа до выхода разбивают на равное число секций ! = б —: 10, считая, что энергия газа Е!в преобразуется (срабатывается) на рабочем колесе равномерно, т.

е. в каждой секции Й,! — — Егв/!. В каждой секции определяется необходимая проходная площадь тазового тракта из условия дозвукового течения потока. Полученные проходные сечения секций соединяются поверхностями с плавными переходами — образуется газовый тракт турбины. Тангенциальные турбины целесообразно применять при относительно большом располагаемом теплосодержании газа и малом его расходе. Ориентировочно зависимость изменения КПД турбины от отношения и/сгв приведена на рис. 14.50. Ориентировочные зависимости «[в турбины от п«приведены ниже: 0,3 0,40 0,6 1 2 4 6 8 !О 0,1 0,15 О,!8 0,24 0,34 0,4 0,42 0;43 0,435 Особенности работы турбины на двухфазном потоке.

В потоке газа, служащем рабочим телом турбины, может содержаться определенное количество жидких или твердых частиц. Такие потоки называют двухфазными или многофазными. Течение двухфазных потоков отличается от течения обычных однофазных потоков «чистого» газа. Массовая концентрация частиц (конденсата) св = ив/(!и„+ и„) в подобных потоках или массовая концентрация газа дг = тг(тг + + т„) связаны между собой уравнением Ов = 1 — Чгг где т, и т„— соответственно массовые части газа и частиц в одном килограмме рабочего тела. При одном и том же перепаде давлений скорость течения смеси нз-за отставания частиц всегда меньше скорости «чистого газа».

С увеличением размера частиц их отставание от газа увеличивается. Мелкие частицы с диаметром «[в < 10 мкм в потоке приобретают скорость, близкую к скорости газа. Крупные частицы с диаметром ![в ) 10 мкм существенно отстают от потока газа, мало отклоняются от своего прямолинейного движения и могут попадать на стенки тракта или на рабочие лопатки турбины под значительным отрицательным углом атаки. При расширении двухфазного потока происходит теплопередача от частиц к газу, перераспределение концентрации фаз.

Наличие двухфазного потока в турбине обусловливает дополнительные потери из-за трения газа о частицы, потери на удар частиц о входную кромку лопаток и др. У турбин, работающих на двухфазном потоке с жидкими частицами, стенки покрываются жидкой пленкой, поэтому можно считать, что газ обтекает достаточно шероховатую поверхность со значительными потерями на трение и вихреобразование в пограничном слое.

Жидкая пленка из соплового аппарата попадает на рабочие лопатки под большим отрицательным углом атаки с потерями на удар и на отбрасывание жидкости рабочими лопатками. Массовая концентрация «сухого» газа во влажном паре в технической литературе часто обозначается параметромх — степенью«сухости» пара (х = дг) или степенью влажности пара у = 1 — х = с„,. Величина х обычно указывается на диаграммах / — о и Т вЂ” Я. При расширении парового потока в соплах начальная степень сухости пара х, уменьшается до значения х, на выходе из сопл из-за конденсации пара. Снижение КПД ступени, работающей на влажном паре (в зоне оптимальных значений и/сг!), ориентировочно Л'ге вл = (2ц/см) [1~1 у«+ Вг4 (у! увй! где у, и у, — степень влажности пара на входе в турбину и в рабочее колесо.

Истечение влажного пара из сопл турбины обычно сопровождается большой степенью переохлаждения в критическом участке сопла и скачком конденсации в сверхзвуковой части. Нарушение пересыщенного состояния происходит вследствие спонтанного возникновения собственных ядер конденсации.

Скачок конденсации сопровождается локальным ростом давления. Кроме того, из-за переохлаждения пара действительный расход влажного пара всегда больше теоретического, вычисленного для изоэнтропического равновесного процесса (увеличение коэффициента расхода [в = 2 †: 3%). Твердые частицы двухфазного потока в отличие от жидких частиц при ударе о поверхность газового тракта турбины отскакивают как твердые тела. Вообще, очень приближенно, можно считать, что увеличение относительной концентрации частиц на 1% снижает КПД турбины на 1%, если поток с жидкими частицами, и на 0,2 — 1,2%, если поток с твердыми частицами (0,2% при наличии частиц с диаметром «/„ж т 50 мкм и и/с, ( 0,2; 1,2% для частиц с![в ) 100 мкм и и/с! ) 0,4). Потери энергии от наличия частиц в газе 2«г 'гг в!аг где 1«, = с,гь (г[,„соответствует чистому газу).

Некоторые элементы теории подобия в турбинах. При создании новых типов и конструкций турбин пользуются законами теории подобия, так как за исходный образец обычно приходится принимать имеющийся хороший тип турбины и проводить проверочные испыта- 575 л) й) Рис. 14.52. Примерные виды рабочих колес турбин н зависимости от удельного числа обор стон: а — тихоходное осевое — о =2,5 — 15, Р 7ав,-зо — !О; б — нормасьное осевое — и !5 25, О„р7аи~-!Π— 7; с в — быстроходное осевое — в 25 — 150, О 75 ~=7 —;5; с . — тихоходное раднахьиое — в =2,5 .

15, Оср7ав, с 40 — 120. О /Р, б —;5,5; д — нормальное радвавьср иое — в„=15 25, Оср/аа' 20 —:!О Ос !О~=5,Б 25; с — ба стРоходное Радйавьнос — ос-2б †; 50, Оср7ав1- 10: 5 Оср!Б1 25: 1'Б ния полученного образца на лабораторном рабочем теле (воздух, фреон и др.), отличающемся от натурного газа. С учетом работы турбины в автомодельном режиме (ориентировочно 14е) 10') при использовании одного и того же рабочего тела (/7 = соп51), применении геометрически подобных турбин (1/1х =- =- сопз1) и учитывая, что и/с! = — М„/Мсо получим /.=/(М; М„/М„); 7.,— /(М; М„/М„), т.

е. достаточно иметь равенства чисел М в соответствующих точках проточной части. Равенство М„указывает на постоянство скоростного коэффициента тр и угла выхода потока из соплового аппарата 551. Если к этому добавить равенство М„ то обеспечивается подобие треугольников скоростей на входе в рабочее колесо (постоянство угла р! и числа М„,). Угол ()2 и коэффициент гр зависят от геометрии лопаток рабочего колеса и чисел М„„и М,. Неизменность М 1 обеспечивает постоянство М,. Итак, постоянство двух параметров М: М„и М, или М„и М 2 и др. — является условием подобия работы турбины. Приведенные критерии подобия (М) могут заменяться любыми другими равнозначными им критериями или их комбинациями, например р,'р„, и Р,7'Р„и ДР.

Критерием подобия может быть также приведенная скорость Х(7 „; Х„; Х,; Х 2), связанная с М 2) д) йн с) уравнейием (14.121). Приведенный расход д(Х) служит критерием расхода, а // 7,24/(7) — критерием мощности. Для различных турбин, аналогично насосам (14.86), можно установить степень са родства, геометрическое подобие по удельному числу оборотов (рис. 14.52): и = — 52,96нт )7 )7м / /10 (14.173) где )т„=пнхауср/Б!вс!15!па!— объемный расход газа на входе в колесо турбины. Характеристики турбин. Характеристикой 171 урбины называют графическую зависимость взаимоизменения ее основных параметров, определяющих режимы работы турбины.

Характеристики

Список файлов книги