Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 59
Текст из файла (страница 59)
ПоэтомУ значениЯ коэффициентов ье Стр и и ь р на оптимальном режиме для двухступенчатой турбины примерно в восемь раз меньше, чем для одноступенчатой. Принимая во внимание, что двухступенчатая турбина имеет два рабочих венца, получим, что относительная величина дисковых потерь в двухступенчатой турбине на оптимальном режиме примерно в четыре раза меньше, чем в одноступенчатой, Уменьшение дисковых потерь может компенсировать уменьшение окружного КПД двухступенчатой турбины по сравнению с его значением для одноступенчатой турбины.
При этом разница между максимальными КПД двухступенчатой и одно- ступенчатой турбин становится небольшой или даже максимальный КПд двухступенчатой турбины превышает максимальный КПд одноступенчатой турбины. Это особенно проявляется при малых значениях лам когда степень парциальности мала, формулу (4.111), и поэтому относительная величина дисковых потерь велика. Из графиков, приведенных ца рис. 4.62, следует, что при малых значениях и/сан двухступенчатая турбина со ступенями скорости имеет больший коэффицие,ж эффективной работы, чем одноступенчатая активная турбина. Расчеты показывают, 279 9т'(аттгаа)ррс Рт,'(и/сал)а„с Р,б В,В В,В ВВ В,г В,2 В,7 лат В 7В д,7 В 7В ВВ а) 72тс(а трал)ар с 2В 77бт «г В,б Рис.
4.6). Зависимость т) „с ( ), Чттах ( — — ) и (н7сац)орс ( '' ' ) от и,г для двухступенчатой активной турбины со ступенями скорости (рабочие колеса с бандажами); а — а=о;б — Ь:Ооыв — а= 002 В,г В,7 б 7В ВВ дат В,) что преимущества двухступенчатой турбины проявляются при и(сац < 0,2 (меньшие значения соответствуют меньшим л, и большим Л). Поэтому в указанной области значений и(сав в качестве автономных турбин )КРД предпочтительнее применение двухступенчатых турбин со ступенями скорости, чем активных одпоступеичатых турбин. Это имеет существенное значение при применении в качестве рабочего тела турбины водорода. 4.6.2.3.
Одновенечные многоступенчатые активные парциальные турбины Одноненечвые активные турбины с малой степенью парциальности могут быть выполнены в виде турбин со ступеннми скорости и турбин со ступенямн давления. Конструктивная схема одновенечной активной турбины с двумя у ня скорости приведена на рис. 4 63, Роль направляющего аппарата в этой турбине играет поворотный канал 7.
КПД ее низок нз-за больших гидравлических потерь в поворотном канале и утечек в осевых зазорах Л . При малых степенях парциальст' ности она все-таки может иметь преимущество перед обычной турбиной с двумя 289 44 Ет ер аг УР Р1 П а й) Пг йУ йь лу'сал Рис. 4.63. Схема одновенечной актив- ной турбины с двумя ступенями ско- рости: à — поаоратиый канал Рнс. 4.62. Зависимости окружного КПЛ т)а, эффективного КПД т) и коэффициента эффективной работы Тт от и!сад для одно- ступенчатой активной турбины гнндекс 1) и двухступенчатой активной турбины со ступенями скорости (индекс !1) при и, = 48.
Рнс. 4.64. Схема одно- венечной активной турбины с двумя ступенями давления а — меридиоиальное сечение; б -- развернутое ~1ТССОУ сечение нилнндром с образующей А — А: ( — 1 саплоаоа аппарат первой т ул ступени; Гà — соплааой I аппарат второй ступени Гала~уел 281 ступенями скорости, так как потери, связанные с парциальным подводом, в ней будут меньше, кроме того, эта турбина имеет меньшую массу, При особенно малых степенях парциальности одновенечная турбина может быть выполнена с тройным подводом газа, т. е.
в виде турбины с тремя ступенями скорости. При больших степенях понижения давления (6 > 100) н малой степени парциальности можно использовать одновенечные турбины со ступенями давления. Конструктивная схема такой турбины приведена на рнс, 4 64. Пунктирными линиями со стрел- ками обозначены возможные направления утечек. Существенным недостатком этой турбины является большая утечка рабочего тела через осевой Ь» и радиальный Л„зазоры.
Зазоры приходится выполнять чрезвычайно малыми, что связано со значительными трудностями, 4.6.3. Биротативные турбины 4.6.3Н. Активная турбина с двумя ступенямн скорости В равд. 4.6.2 были рассмотрены многоступенчатые турбины, в которых рабочие лопатки всех ступеней вращаются с одинаковой (по абсолютному значению и направлению) угловой скоростью. Но в ТНА К(РД целесообразно иметь разные угловые скорости для насосов, перекачивающих окислитель, и для насосов, перекачивающих горючее. Насосам для окислителей в связи с кавитацией обычно следует задавать меньшие угловые скорости, чем насосам для горючего. Выпалненне насоса для горючего с большей угловой скоростью, чем угловая скорость насоса для окислителя, позволяет уменьшить его размеры н массу. Особенно целесообразно проектировать насос для горючего с большой угловой скоростью при использовании в качестве горючего жидкого водорода.
В связи с малой плотностью водорода прн малой угловой скорости размеры насоса получаются значительными. Термодинамические свойства водорода благоприятно влияют на антикавнтацнонные качества насоса, р г г допуская повышение его угловой скоро- 1 ! ! ! Ф сти. Если насосы для окислителя и для горючего имеют разные угловые скорости, А то привод каждого из них можно осуществнть от отдельной турбины, т.
е. вТНА будет две турбины. Однако приводить насосы можно и от разных ступеней одной и той же турбины ЖРД. Активная турбина со ступенями скорости легко может быть выполнена как турбина с разными угловыми скоростями рабочих колес. Рабочие колеса первой и второй ступеа~ ней в такой турбине должны иметь рази г г у ные валы. Между ступенями осуществляется только гидравлическая связь, поскольку в них используется одно н тоже рабочее тело. Практически, допустив разные угловые скорости рабочих лопаток первой и второй ступеней, целесообразно допустить и их вращение в разные стороны. При такой кинематической схеме отпадает необходимость иметь направляющий аппарат между ступенями.
Турбины с разным направлением вращения рабочих лопаток ступеней без промежуточного направляющего аппарата сг будем называть биротативными. На рис. 4.66 приведена схема активной биротативной турбины с двумя ступенями скорости. Совмещенные треугольники Рис. 4.66.
Схема активной биротативной турбины с двумя ступенями скорости: а — мернднональное сеченне; б — рззаернутое сечение цилиндром с образующей А — А Бн 1 = П1 (Шти1 — <Ияи1) а работа второй ступени — из формулы (,в И = иы (шшш — шянП). Векторные разности шшт иа>и1 н ш>ип шгяп показаны на рис. 4.66. Биротативная активная турбина применена, например, в ТНА ЖРД с тягой )00 кН (Япония) для подачи водорода и кислорода. 4.6.3.2. Реактивно-активная турбина 7>ав Допустив вазможность привода насосов от разных валов, можно применить турбину, у котор<>й сопловой аппарат вращается и развивает крутящий момент (рис. 4.67).
Эта турбина образована из активной одноступенчатой турбины путем установки сопливой решетки на вращающееся колесо. По принципу действия турбина, изображенная на рис. 4.67, является реактивно-активяой двухступенчатой (так как она имеет два рабочих колеса) биротативной. Изменение давления газа по длине проточной части также показано на рис. 4.67, там же нанесены и треугольники скоростей, Газ на входе в первую решетку имеет абсолютну>о скорость са и относительную скорость шо. В каналах этой решетки происходит преобразование потенциальной энергии и разгон потока а реактивно-активной бирота Рис.
4.67. Схем тинной турбкны: о - мерндиоиальиое сечение; б — раавернутае сеченве ниляидром с образующей А — А; ! — вращающееся лапаточиая решетиа, выполинющая роль соплового вилара~в в рабочей решетки первой сту. пени; !! — рабочая решетка второй ступени 283 Рис. 4.66. Совмещенные треугольники скоростей для активной биротативной турбины с двумя ступенями скорости скоростей для такой турбины приведены на рис. 4.66. Относительная скорость на входе во второй ряд рабочих лопаток ш>1 определяется вычитанием из вектора ш,г суммы векторов иг н и11. Х Х Пунктиром показана абсолютная скорость газа в зазоре.
Работа первой степени находится из формулы до скорости шн. Во вторую рабочую решетку газ поступает со значительно меньшей скоростью шмь так как она является векторной разностью ш,г и нг — им. В этом и заключается одно из важнейших положительных свойств данной турбины. При сверхзвуковых скоростях истечения из первого ряда лопаток иа входе во второй ряд могут быть дозвуковые скорости, При этом волновые потери при обтекании лопаток будут отсутствовать.
Работа колеса первой ступени определяется по формуле Еи 1 = из (шэи г — шги т) = иг Лши и работа колеса второй ступени — по формуле Еи гг = ип (шзи м — ыы ы) = пгг вши и, По сравнению с максимумом КПД активной турбины с двумя ступенями скорости максимум КПД реактивно-активной турбины смещен вправо по и/сг (для биротатнвной турбины — по и/шп). У такай турбины КПД больше, чем у активной турбины с двумя ступенями скорости, в том числе и для бнротативной, так как число рядов лопаточных решеток минимально н скорость на входе в активную решетку минимальна. Применение реактивно-активной турбины ограничивается тем, что такая турбина, кяк всякая реактивная турбина, будет эффективно работать лишь прн пол. иом подводе газа, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
