Конструкции ТНА (1049409), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Мощность турбины огрелеляется формулой Л =О ж, — — ":-=Л л 6 -Л:и — — ЛТ„'1-(=') ' Ограничения в располагаемой раооте заложены в допусти,юй температ)- ре Ги, коюрая лля окислитезьного состава газа в схемах в ложиганием составляет 700 К, а в схемах без дожигания на восстановительном составе газа порядка 1"00 К. В соответствии с темлерат)рой Т, определяется расхол газа.
Для окислительного жидкостно~о зазогенератора ЖПГ: 26 27 1,2...1,5. "х да дв т~ =тгчт, =7я, (1+1/л„,„.). где к,, = 20...50. Для'восстановительного ЖГГ: л7~ =меем =юг(1 '-/Гы,). где /,, =005 ..02. Таким образом, в схеме без дожигания, когда газифицируется часть горючего и часть окислителя от суммарного расхода, мощность турбины можно увеличить за счет расхода т„но при этом уменьшается расход в камеру сгорания. 1м. начинает падать при расходе газа через турбину, превышающем 5% от суммарного расхода двигательной установки. В схеме с дожиганием газифицир)ется, например, весь окислитель и увеличить расход через турбину нельзя. Повышать мощность можно за счет степени расширения газа Р„'Рз, Для открытых схем эту величину ограничивают 20...40, чтобы хватило давления выхлопа для наддува баков и работы рулевых сопел. В схеме с дожиганием ь7аксимальная мощность турбины определяется из энергетического баланса К, = Х)'/„„и Р1,./Р2, не превышает КПД турбины определяется потерями в соплах Л Е„, потерями в рабочем колесе Л (э„потерями с выходной скоростью Л (..2.
потерями трения бандажа Л (.м „, трения диска Л Б и потерями на утечки Л! . и потерями на парпиальность. которые состоят из ударных потерь в активной зоне действия сопел н ве7ыиляторных потерь в пассивной зоне. Высокоперепадные турбины схем без .южигания имеют низкий К(1Д (0,4...0,6) из-за больп7их потерь с выходной скоростью, что, в свою очередь. связано с максимальной окружной скоростью 300...350 м,'с из-за ограниченной прочности. Ддя активной ступени при Рн/Р, = 20...40 с,„ =1200м/с и н/с„=0,25, тогда как шс,<0,5 соответствует макснмадьноь7у КПД.
Многоступенчатые турбины со ступенями скорости и р, = 0 имеют максимум КПД прп п,с,. = (сок и ) !Ох), а т)роллы со сзупенями давления н р =0,5 прн и с„= (1/тк)х(сова,/ /2), а турбины со ступенями давления и р, = 0 при и/с„= (1/хе)к(соза1/2). Многоступенчатые турбины имеют максимальный КПД в области п/с, менее 0,5, где одноступенчатые турбины теряют часть энергии газа на потери с выходной скоростью. В конструкции турбины Кергнса со ступенями скорости следует обратить внимание на увеличение высоты лопаток к выходу, что связано с падением относительной и осевой скорости.
плотности и ростом температуры за счет потерь трения. Первая ступень работает в области малых и/с, = 0,2, а вторая в области максимума КПД прн и/с, = 0,45. Рнс. 17. Зависимость 71, от в/с„осевых турбинных ступеней: 1 — многоступенчатые турбины с активными ступенями давления, " многоступенчатые г)рбины с реактивными ступенями давления: Л девять ступеней давления с рг = 0,5; Б — девять сгупеней давления с рт = 0; 3— радиально-осевая турбина рт = 0,5; 4 — область автономных турбин: 5 область предкамсрных турбин; б — турбина с 2-мя ст> пенями скорости: 7 — парппальн2ле турбины (г < 1) Конструкции автономных высокоперепадных ткрбин для лвпгателеи небодьшн: ~ я7 имеют парпиальный подвод газа нз сопел на рабочее коз<со .27л сохранения минимальной высоты лопатки 1О-! 5 мм.
меньше которой резко возрастают потери в соплах и колесе, Парциальные турбины всегда имеют круглые сопла, а возможность повышения их КПД связано с увеличением га путем увеличения а и уменьшения !3,„. Из соображений прочности выбирается и„,„< 400 мlс, и теплоперепад, который можно преобразовать в механическую работу вращения при максимальном КПД ступени, ограничен.
В схемах двигательных установок с автономной турбиной последние работают на и/с, < (о/см ), с низким КПД, а в схемах с предкамерной турбиной с = 200...300 м/с и и/с выбирают оптимальным. Низкоперепадные дозвукоаые турбины для ЖРД с дожиганием имеют максимально возможный КПД (0.7...0,35) в широком диапазоне и/с„< 0,5, что позволяет регулировать двигатель без существенного изменения КПД при изменении а „„. Из-за малой скорости с .
= 200...300 м/с окружная скорость всегда меньше 300 м/с, что могло бы позволить увеличить Тю но работа на окислительном газе не допускает Тп > 800Е и требует специальных покрытий, изолирующих металл (горючее) проточной часгн турбины от горячего кислорода. Недостаток реактивной ступени — уплотнение на бандаже колеса и осевая сила, действующая на ротор, так как часть теплоперепада реализуется па рабочем колесе. Можно считать недостатком невозможность запуска пороховым газогенератором .Эрбины с с = 1, с дозвуковым сопловым аппаратом и окисли~ельным жидкостным газогенерггором в отличии от парциальной автономной турбины, где в корпусе всегда удается разместнгь пусковое сопло, соединенное с пороховым стартером. Сопла предкамерной турбины ьсегла прямоугольные, образованные лопатками. При этом максиматьное значение КПД достигается при М, < 1.
Особо следует отметить применение для средних тяг 100. 300 к)1 реактивной центростремительной турбины. особенностью которой являются радиальнью лопатки рабочего колеса, имеющие высокую прочность и уплотнение, расположенное на переднем диске колеса в области выхода на диаметре, меньшем, чем в осевой турбине, что позволяет в определенном диапазоне постигнуть большего КПД.
Имеющееся ограничение площади выхода газа не позволяет применять такую турбину для больших объемных расходов. Преимуществом центростремительной турбины является простота рабочего колеса в изготовлении, возможность нанесения защитного покрытия.
Для бустерных насосов высокооборотные газовые т)рбины трудно совмещимы без механического понижающего редуктора, плп применения многоступенчатой турбины, имеющей меньшую частоту вращения. '1'ак. применение турбин со ступенями скорости или с реактивными ст>пепямп давления позволяет иметь низкооборотный привод с максимальным КПД, чго помимо бустеров важно также для двигателей больших тяг, когда диаметры входа в насосы велики. В конструкции турбин имеется коллектор подвода газа к соплово»5 блоку.
Этот коллектор всегда расположен на диаметре, большем, чем колесо турбины п на~ружен давлением, равным или большем, чем давление в камере сгорания двигателя. Температура газа равна температуре выхода пз ЖГГ. поэтому масса коллектора велика и приемы конструирования его направлггы на уменьшение габаритов. Коллектор соединен с газогенерагороч газоволом, криволинейная форма которого позволяет заверши гь процесс<:. газификации в ЖГГ, а полость коллектора выравнивает поля зсмперат)р н давлений перси соплами. Отклонения температуры по окр)жпос:и соплоаого блока не должны превышать 40 К Выхлопной патр) бак зурбннь:.
соединенный с головкой КС, так же криволинейный и может выполпягь функпии гасителя колебаний совместно с головкой КС в двигателях схем с Низкочастотные колебания давления в полости выхлопа дожнганием т)рбины моНт нарушить безотрывнос обтекание газом рабочих лопаток ЗО возбудить осевые колебания ротора. В свою очередь, ударные явления, г г э Р я связанные с пересечением рабочей лопаткой вихревого следа за сопловым аппаратом, могут генерировать колебания, проходящие в головку камеры сгорания. Поэтому выходные кромки сопловых лопаток выполняют наклонными в радиальном направлении. В схемах с автономной турбиной круглые сопла с перекрытием снижают колебания лопаток, но парциальный подвод создает переменную нагрузку на лопатки при входе и выходе потока из активной зоны. В некоторых конструкциях высокооборотных турбин с уменьшением Р,„растет относительная высота лопатки )з7 Т>,р до значения 0,1 и более, когда с целью сохранения КПД >тлы аь (),„бз, делают переменными в зависимости от радиуса, Следует отметить, что как насос, так и турбина имеют только один расчетный режим, при котором КПД максимален, поэтому при регулировании ДУ параметры ТНА меняются.
На рис.18 показано меридиазьнос сечение проточной части двухступенчатой турбины со ступенями скорости (колесо Кертиса). Для х активных ступеней (ц)с,)„„„,,„= созай2ги причем с, — — щс,, и уже при двух ступенях (и'с, )„„, = О,"5, что позволяет превысить ЕПД аглнвной одноступенчатой турбины.
Турбина состои г нз ротора. статора, направляющего лопаточного аппарата, выхлопного коллектора и узла > плотнений, Ротор имеет два диска с рабочими лопагкамп первой и второй сг> пени, причем высота лопаток увеличивается, т.х. падает относительная скорость, Статор состоит из соплового аппарата (крутлые сопла Лаваля ), приваренного к коллектору подвода газа от газогенератора. К сопловому аппарату приварен фланец для крепления направляющего аппарага, состоящего из сегментного кольца с приваренными к нему лопатками, и бандажа по внутреннему диаметру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
