Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Большие отношения давлений достигаются увеличением начального давления р„, так как противодавление рз выбирается в зависимости от давления среды, в которую выбрасывается газ, или в зависимости от давления на входе в рулевые сопла двигателя, если газ после турбины поступает в сопла, нли в зависимости от давления в баке, если газ используется для наддува бака. В первом случае, чтобы исключить влияние изменения атмосферного давления р„„ на работу турбины, давление р, на выходе 220 из турбины выбирают таким, чтобы оно было больше критического давления, определенного по р„„: Рз ~ бкрратм (4.5) где б„р — — [(й+ 1)/2)ьчь — 0 — критическая степень понижения давления в турбпне.
При этом в минимальном сечении выходного устройства турбины устанавливается скорость звука и изменение в определенных пределах давления наружной среды не будет сказываться на работе турбины. При питании газом рулевых сопл скорость звука устанавливается в их минимальном сечении. Практически начальное давление перед турбиной (давление в газогенераторе) определяется разностью давления за насосами и падения давлений на сопротивлениях магистралей и газогенератора, Обычно начальное давление перед турбиной составляет 3 ... 10 МПа. Степень понижения давления при этом достигает 20 ...
50. Следовательно, автономным турбинам ЖРД соответствуют высокие степени понижения давления. Это одна из особенностей таких турбин. Из соображений простоты конструкции и уменьшения массы автономные турбины выполняют одноступенчатыми или двухступенчатыми. При значительном понижении давления скорость течения газа становится сверхзвуковой. Сверхзвуковая скорость течения также является особенностью автономных турбин ЖРД. Автономные турбины ЖРД часто выполняют с подводом газа к венцу рабочего колеса не по всей окружности, а по ее части, что является еще одной особенностью.
При малом расходе газа подвести газ к рабочему колесу по всей окружности можно лишь при малой высоте сопловых каналов и рабочих лопаток. Опыт показал, что при малой высоте лопаток резко падает КПД турбины, При заданной оптимальной высоте сопла, при неболыпих расходах рабочего тела сопла приходится располагать не по всей окружности, а по ее части— в виде сегментов или отдельных каналов.
Такой способ подвода газа называется парциальным. Наличие парциального подвода характерно для многих автономных турбин ЖРД. Парциальную турбину выполняют активной, так как при парциальном подводе вследствие растекания газа и перетекания его со входа в колесо на выход по дуге, не занятой соплами, невозможно поддержать перепад давлений, необходимый для обеспечения реактивности колеса, и с введением реактивности увеличиваются потери на перетекание.
Автономную турбину ЖРД всегда выполняют активной, даже в случае подвода газа по всей окружности, вследствие того, что для активных турбин характерны высокие коэффициенты работы Х,. 221 4.2. СТУПЕНЬ ТУРБИНЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯ 4.2.1. Осевая турбина 4.2.1.1. Изменение параметров но длине проточной части На рис. 4.1. представлены графики изменения давления, скорости и температуры в сопловой решетке и рабочей решетке (решетке ко- леса турбины) осевой реактивной ступени одноступенчатой турбины, В верхней части рисунка показано изменение параметров торможе- ния. Пунктиром показано изменение давления торможения без потерь (в идеальном случае).
Температура торможения в относитель- ном движении меньше, чем в абсолютном, в связи с тем, что относи- тельная скорость потока прп входе в рабочую решетку меньше абсолютнэй, Из выражений для энтальпий торможения та„= 11+ с1!2; (4.6) тон, —— 11 + тр1/2 (4.7) г получим го, = гз,, — (с1 — тр1)/2. Тогда с учетом связи между скоростями на входе в рабочую решетку выводится соотношение между температурамп торможения в относительном и абсолютном движениях 7'он, = 7ос, ~1 — + (2Л„Л,, соз сс1 — Л;-',)~ . й 1 (4.8) Соответственно давление торможения в относительном движении н (Л, ) Рзн, = Рос, и (1 т ° (4.9) нп Реактивная осевая ступень турбины характеризуется изменением кинетической энергии в относительном движении; р„= (ш' — ш1~)/(27 н) ) О.
Таким образом, для реактивной турбины шг ) тот; соответственно этому на рпс. 4.1 показано изменение относительной скорости по длине проточной части рабочей решетки. Характер изменения про- ходных сечений межлопаточного канала показан на рис. 2.10. Схема проточкой части активной ступени однсступснчатой тур- бины показана на рис. 4.2, Меридитнальнсе сечение и вид сбоку могут быть такими же, как у реактивной турбины (см. рис. 2.20).
На рпс. 4,2 приведено также изменение параметров по длине проточ- нэй части активнэй турбины. Активная турбина характеризуется равенством давлений на входе и выходе рабочей решетки (Р, =- рг) и равенством относительных скоростей на входе и на выходе (шт — шг) (без учета потерь). В актив- ных турбинах площадь входного сечения межлопаточного канала мало отличается от площади выходного сечения. 222 Рис. 4Л.
Развертка цилиндрического сечения проточной части реактивной ступени турбины и графики изменения параметров газа по длнне проточной части: 1 — сооловая решетка; 2 — рабочая ре- шетке Рис. 4.2. Развертка цилиндрического сечения проточной части активной ступени турбины и графики изменения периметров газа по длине проточной части: 1 — сояловая решетке 1 1 †рябоч решетка С целью упрощения записи в дальнейшем в индексе, относящемся к давлению потока в абсолютном движении, знак скорости с будет изъЯт. НапРимеР, вместо Ро„бУдем писать по1. 4.2.1,2.
Тепловая степень реактивности В отличие от степени реактивности, которую в равд. 2 называли кинематической, в турбинах применяют понятие тепловой степени реактивности рт = / вод/~оад = ) /озяд//евп~ (4.10) где /ввд = 1, — 1в — РасполагаемаЯ аДиабатнаЯ Работа на лопатках Рабочего колеса; /.е,д =- гоо — 1', — Располагаемаа адиабатнаЯ работа всей ступени турбины (см.
формулу (4.3)). 223 Если выразить кинематическую степень реактивности через отношение теплоперепадов, то принимая во внимание, что без учета потерь и при с, =- 0 теплоперепад соплового аппарата Е,, выразится как т 2 о Е~ „,— — св!2 и Цвд = (нтт — ш1)вв2, выражение для р„запишется в виде (см, формулу (2.92) ) Установим связь между кинематической и тепловой степенямп реактивности. Выражение для р, (для идеальной турбины) можно записать в виде (см, формулу (4,10) ) (4.12) Ев+фв разделив выражение (4.111 на (4.12), получим р„,'р, = 1+ ст1(27.„). (4.13) Тепловая и кинематическая степени реактивности будут равны между собой при сд = О, т.
е. при отсутствии потерь энергии с выход- ной скоростью, Тепловая степень реактивности, по существу, опре- деляет отношение располагаемых теплоперепадов †,отношение рас- полагаемой адиабатной работы рабочего колеса к общей распола- гаемой адиабатной работе турбины. Кинематическая степень реактив- ности больше тепловой, Для активной ступени турбины при равен- стве нулю кинематической степени реактивности равна нулю и тепло- вая степень реактивности. Тепловая степень реактивности широко применяется прп анализе работы турбины, поэтому ее легко опреде- лить, даже ие рассчитывая турбину и не определяя скоростей тече- ния газа, Для определения тепловой степени реактивности достаточно знать отношения давлений перед рабочим колесом и за рабочим колесом к полному начальному давлению газа ят и по. При ср — — сопз1 из фор- мулы (4.10) получим Рт = (7 д Ть вд)!(Тоо То ад) Переходя к газодинамическим функциям, получим 'с( ст а ) — т (дса ) (4.14) 1 — 'с (~ свд) где )вс = вв (втт = Рт1Роо)~ 'в"с = тв (по =- Рт(Роо) ° вад ад Особенно удобно определять тепловую степень реактивности, пользуясь изображением процесса в турбиие в координатах 1 — з.
На рис. 4.3 представлена ( — з-диаграмма процессов идеальной (без гидравлических потерь) реактивной ступени турбины. Распола- гаемая адиабатная работа соплового аппарата изображается отрез- ком 0 — !,д, располагаемая адиабатная работа рабочего колеса— 224 отрезком 1, — 2дю адиабатиая работа всей турбины — отрезком О-- 2нд Отношение длпиы отрезка 1,д — 2„д к длине отрезка Π— 2„д определяет тепловую степень реактивности турбины. Отношение длины отрезка 1,„--2,„к длине отрезка Π— 2,„определяет кииематпческую степень реактивности. 4.2Л.З. Изображение действительных процессов турбины но тепловых диаграммах Остановимся иа процессе течения газа с расширением в межлопаточиых каналах решеток, т. е, иа течении в сопловых решетках.
Необратимую потерю механической ввергни в сопловой решетке принято обозначать 1.. Очевидно, что 1.е = с,'од12 — с(12. (4.15) Выразив 1.о через скоростной коэффициент ср сопловой решетки (см. равд. 2.13), получим 1. = (1 ср') с'„12 (4.16) или 1 о (1 ср )1от од. (4.17) Расчет течения в турбинных решетках целесообразней проводить с помощью газодинамических функций Лоз „= гг(лз)' лт = 1А — Рт1Роо. Действительная приведенная скорость Л,, =~рк,„. (4.18) Потеря энергии 1.э ие равна всей работе трения, а является лишь частью ее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
