Васильев Ю.А., Лоскутникова Г.Т., Андреев Е.А. - Расчёт и проектирование газовой турбины (1041740), страница 7
Текст из файла (страница 7)
1. Схема с обозначениями основных геометрических параметров приведена на рис. 19. 2. Выход нз колеса принимаем осевым. 3. аз = 90', И'з' = Сз,' -г с( ', что соответствует минимальным потерям с выходной скоростью Сз(2. падение Чг, вызванное утечками, перетеканиямн в осе- О„з П Ч = 2'р (1 рг/х ! (сора ау» — согД х 1 П 2 ! 59 выхловиой пазру65и Иу р) 2ДВФ Рис. 19. Схема радиально-осевой центростремительной турбины Для таких колес с осевым выходом суммарный угол поворота потока а относительном движении равен 130чь140'. Однако поворот из радиального направления внутри колеса в осевое на 90', а затем отклонение в окружном направлении на угол,%, совершается плавно при большом радиусе кривизны без энергообмена с колесом.
В связи с этим по сравнению с осевой ступенью потери будут меньшими, что дает основание принимать р= 0,86+0,95. Треугольники скоростей 1рис.20), для данного примера расчета турбины позволяют провести проверку расчетов. а,=90' сз сз 13,=123 м!с Рис. 20. Треугольники скоростей бо 3 Рис. 21. 1 — х диаграмма радиально-осевой центростремительной турбины Процессы, протекающие в радиально-осевой центростремительной тур- бине, показаны на! — а диаграмме (рис. 21) Ь = ' С,', В = С,' +1/,' -2С,Сг, сотам 21 '(1-Р,) '' Окружная работа турбиныь„=ь„,-г2„„полученная расчетным путем, равна, 2 2 2 61 Окружной КПД равен Ч„= — '.
После построения 1тя диаграммы можно Л проверить равенство ъ„= С,„11, = с,(Т, — Т, ). Приращение энтропии в сопловом аппарате и рабочем колесе; Я, Я,— А!пР' /Р~ На ня диаграмме можно отложить значения потерь дискового трения Т„,„уменьшающие полезную работу, передаваемую на вал, а также дополнительные потери в осевом зазоре Е,, которые связаны с утечками газа, не участвующими в преобразовании энергии газа в работу вращения. В области зазора снижается эффективность взаимодействия газа с лопатками из-за перетекания и вторичных течений, приводящих к снижению полезной работы турбины. Отложив С,„,„+ А, на ня диаграмме, можно найти температуру выхо- Т, — Т„ да Т,„, газа и оценить внутренний КПД л„= ' "" при условии отсутствия Т, — Т, теплопотерь.
При рассмотрении 1тк диаграмм можно выделить точку "В" пересечения линии Р~ с линией 1а В процессе запуска турбины (ротор заторможен, го = О) и при частоте вращения соответствующей работе без нагрузки (холостой ход, С„= СыУ~ + Смог = О) газ не совершает полезной работы и проточная часть турбины работает как дроссель (1 = сопзг), снижая температуру Т, на величину дроссель — эффекта. Для горячего газа эта величина мала, но при работе на холодном газе возможна конденсация, выпадение влаги и обмерзание захолаживаемой конструкции. В перечень потерь турбины следует включить потери в газоподводящем и газоотводящем корпусах (Е„ьг Л, ).
Чем меньше объем проточной части коллектора подвода, тем больше скорость газа и потери Х„,,ь, но меньше масса турбины, поскольку подвод находится на максимальном диаметре ПоД максимальным давлением Рл*. 62 Особенностью радиально-осевой турбины является большая осевая скорость Сь так как турбина реактивная и 5'~ имеет высокое значение, а угол Дн нельзя выполнять очень малым из-за роста потерь.
Кроме того, величина У~ меньше У, (в отличие от осевых турбомашин) и скорость выхода при аз = 90' С' велика. Использовать кинетическую энергию выхода у для повышения и„ можно с помощью диффузора, установленного за колесом. На ьк диаграмме точка "А" соответствует полной потери кинетической энергии выхлопа на трение и вихреобразование с соответствующим повышением температуры газа с Тг до Т, . Если применять диффузоры разной эффективности, то линии торможе- ния потока будут заканчиваться точкой со значением ~~у' ) меньшим, чем ~й с' ' дмф ', а энергия давления возрастет до пз ф. При отсутствии потерь в диффу- зоре торможение закончится в точке "Б" с давлением рз > рь Пересечение линии рз с 5~,д=солзт дает значение Ем '", меньшее, чем У.„, при полном ис- 1„ пользовании вьгходной скорости, тогда Ч„ = †",„ возрастает на величину использования выходной скорости.
Для оценки КПД диффузора можно использовать соотношение С2 В схемах с дожиганием плотность газа велика и величина — ' при зна- 2 чительной Сз может быть достаточной„чтобы при использовании диффузора повысить давление в камере сгорания или снизить давление в газогенераторе. 63 Рис. 22.
Связь потерь в проточной части с числом и, При малых и, все относительные потери трения велики из-за больших отношений площади поверхности лопаток рабочих органов к проходной плошади проточной части турбины. При больших п, (большая тяга двигате- ля) велика скорость потока на выходе из турбины и преобладают потери кинетической энергии - С~х2 и потери в рабочем колесе ~ из-за неравномер- р, р, ь. 5, Р' =20-:10 ь. р' =О.ЗО.б 01 <5 ~г >О 7 йи Ь, ности нагрузки на лопатки.
С дальнейшим увеличением тяги двигателя без увеличения плотности газа в турбине следует переходить к осевой реактивной предкамерной турбине. При малой тяге двигателя (мая объемный расход) можно увеличить частоту вращения ротора. Однако делать радиально-осевую турбину парциальной нельзя из-за возможного роста вентиляторных потерь и утечек на пассивном участке. В этом случае турбину следует применять осевую, активную с парциальным впуском газа на рабочие лопатки. 65 8, Перечень тем и вопросов по разделу "Турбины в системе подачи топлиы" для подготовки к защите курсового проекта 1.
Энергетический баланс ТНА в схеме с автономной турбиной, влияние КПД турбины и Е,з на удельный импульс КС и ЖРДУ. 2. Обоснование выбора восстановительного ГГ (а<1) для ЖРДУ открытой схемы. 3. Обоснование необходимости перехода к схеме с дожиганием с увеличением р,. Энергетический балланс ДУ с предкамерной турбиной, выбор минимального давления в ГГ. 4. Обоснование выбора окислительного ГГ (а>1) для ЖРДУ с дожигани- ем. 5, Зависимость распологаемой мощности турбины Л'„= тт с, ч и потреб- 71 ах ляемой мощности насосов Ут - -от степени расширения рп ~р~г Ч,Р газа в турбине. Влияние давления в ГГ на массу ТНА и ДУ. 6. Запуск турбины в открытой схеме и в схеме с дожиганием. Пусковая турбина, БТНА. Время выхода ЖРДУ с ТНА на режим.
7. Газовые и гидравлические турбины для привода насосов БТНА, выбор частоты вращения, числа ступеней, роль КПД газовой и гидравлической турбины. 8. Компоновка турбины с насосами в ТНА, уплотнения, гидрозатворы, узел подшипника между турбиной и насосом в открытой схеме и схеме с дожиганием, коллекторы подвода и отвода газа. 9. Влияние частоты вращения ротора на диаметр колеса турбины, длину лопаток, парциальность, КПД. 10.
Особенности турбопривода ЖРДУ малых тяг. 11. Осевая сила в турбине, способ разгрузки ротора от осевой силы на колесе насоса и в автомате разгрузки. 12. Регулирование мощности турбины при изменении тяги ЖРДУ. 66 13. Конструктивные схемы газогеираторов и особенности рабочих процессов, появление в продуктах сгорания твердых, жидких и смолистых включений и их движение по проточной части турбины. 14. Газогенераторы и смесители для наддува бака "О" и "Г', выходные параметры газа наддува баков.
15. Устройство ступени осевой турбины, принцип действия, изменение давления, температуры и скорости в проточной части, треугольники скоростей. 16. Уравнение Эйлера для осевой турбины, термодинамика активной ступени П вЂ” 5) диаграмма. 17. Вывод зависимости окружного КПД 9„= у11г(с,) для активной ступени, влияние угла установки сопла а~ на КПД и профиль рабочих лопа- ток. 18. Потери в сопловом аппарате р, = ((ау) и от степени расширения, дозвуковые, трансзвуковые и сверхзвуковые сопловые решетки. 19. Расширение газа в косом срезе сужающейся решетки, определение расширительной способности косого среза, предельное отношение давлений д=рд "/р~ и предельное отклонение потока Оч„связь с углом наклона сопла аь 20. Профилирование сопловых решеток и сопел для дозвуковых потоков, для чисел М,<1,2 и сверхзвуковых потоков с М~>1,4.
Зависимость ь" =((Мг1 для решеток группы "А", "Б", "В". 21. Потери в рабочем колесе, зависимость угу(9н +Щ. 22. Зависимость коэффициента потерь ь" =((М„~) для решеток группы "А", "Б", "В". Отрыв потока от спины лопатки. 23. Связь потерь с высотой Ь, и шириной Ь/Ь сопловой решетки, конические сопла, степень парциальности турбины. 24.Связь потерь р с относительной высотой Ь ~Ь лопаток рабочей решетки. 25. Течение газа в активной зоне парциальной турбины, потери на "выколачивание" и вентиляторные потери, КПД турбины. 67 26.
Выбор оптимальной степени парциальности я,„, влияние ю. 27. Профилирование меридианального сечения сужающихся сопел и рабочего колеса активной ступени. Перекрыша рабочих лопаток относительно сопловых, короткие лопатки с зауженным межлопаточным каналом в средней части по высоте. 28. Зависимость КПД парциальной турбины от осевого зазора, зависимость КПД турбины с полным впуском от осевого зазора (У,„„). 29. Область работы автономной турбины открытой схемы ДУ на зависимости ~„=ЯУ/С„~). Связь экономичности турбины ггг /тг н СУС„, при предельных значениях У. 30.
Схема активной турбины с двумя ступенями скорости, треугольники скоростей, зависимость КПД от Ы~С,з Различие окружного КПД первой и второй ступени, рост высоты лопатки к выходу. 31. Термодинамика колеса Кертиса (1зЯ диаграмма). Сравнение крутящего момента одно и двухступенчатой турбины скорости, пусковой момент. 32. Использование выходной скорости с помощью затурбинного диффузора. Зависимость и„= 1Щ'Сг) с использованием С,'72. 33. Сравнение треугольников скоростей колеса Кертиса при симметричных профилях рабочих лопаток и лопаток направляющего аппарата при А„ ч А„: Р „ ч ф'„';аз на',.
Использование реактивности для получения максимума КПД. 34. Развертка цилиндрического сечения реактивной ступени турбины и изменение параметров газар, Т, С, Ю'по длине проточной части, тепловая степень реактивности. 35. Уравнение Эйлера для реактивной ступени, преобразование потенциальной энергии в кинетическую по длине проточной части в конфузорных межлопаточных каналах, треугольники скоростей для рг = 0,5, при максимальном окружном КПД (л„. ), и С,„= О. 68 36. Потери на утечки газа в реактивной ступени, уплотнения в радиальном зазоре. Линии Фаянс в 1 Удиаграмме лабнринтного уплотнения. 37. Сравнение зависимости г1„=ЯЮС,), для активной ступени с ог = О, и реактивной с 1эг = 0,5. Обоснование теоретического максимума зависимости 0„=7(СУСг1 при рг = 0,5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
