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

Текст из файла (страница 7)

Рассмотрим подробное влияние параметров насоса на k_z. Влияние режима работы насоса на коэффициент k_z несущественно в диапазоне с_2т/u₂<0,150,2, который представляет практический интерес. Число лопаток значительно влияет на коэффициент k_z. С увеличением числа лопаток z коэффициент k_z возрастает.

Что касается относительного диаметра D₁=D₁/D₂, то если влияние сказывается только при малой густоте решетки колеса, начиная с густоты b_л/t₁<1,81,9 (t₁шаг лопатки на входе). При обычно применяемом числе z=612 влияние D₁ проявляется в области D₁>0,50,6. С ростом числа лопаток значение D₁, начиная с которого k_z падает, увеличивается. Поэтому при больших значениях D₁, для увеличения k_z надо увеличивать число лопаток. В пределе, когда относительный диаметр круговой решетки колеса D₁0, густота решетки становится настолько малой, что не оказывает отклоняющего воздействия на поток, и k_z0.

С увеличением угла лопаток на выходе _2л коэффициент k_z монотонно уменьшается. Это объясняется увеличением с ростом _2л перепада давлений на лопатке (увеличение нагрузки), аналогичным увеличению при уменьшении числа лопаток. Наибольшее влияние _2л проявляется в области малых значений угла (_2л<4050) и в области больших углов (_2л>110120).

Вопрос № 33.

Выбор оптимальных параметров предкамерной турбины.

У турбины ракетного двигателя, выполненного по схеме с подачей газа из турбины в камеру, заданными параметрами, определяемыми параметрами двигательной установки, являются давлением на выходе из турбины р₂ и расход газа через предкамерную турбину при выбранной температуре газа перед турбиной Т₀^*. Тогда из условия равенства мощностей насосов и турбины определяется давление на входе р₀^*.

Давление на выходе из турбины р₂ должно быть больше давления в камере на величину сопротивлений газового тракта между турбиной и камерой.

Температура газа перед турбиной Т₀^* задаются исходя из условий надежной работоспособности конструкции турбины и выбранных материалов. Заданную температуру обеспечивают соответствующим режимом газогенератора, т.е. определенным соотношением компонентов К_мгг. Следовательно, назначая температуру, тем самым устанавливают физические константы генераторного газа (R и k). Чем большую температуру перед турбиной можно допустить, тем меньше должно быть давление перед турбиной. Определяющим соображением при выборе температуры перед турбиной является надежность конструктивных элементов, работающих при высокой температуре. Как правило, допускаемая температура для восстановительного газа Т₀^*=10001200К, а для окислительного газа Т₀^*=700800К.

Расход газа через предкамерную турбину при известной температуре перед турбиной является заданным. Количество компонента, пропускаемого целиком через турбину, определяется тягой и соотношением компонентов в камере, а добавляемое количество компонента определяется соотношением компонентов в газогенераторе, т.е. в конечном счете температурой перед турбиной.

Обычно в предкамерных турбинах отношение начального давления к выходному давлению турбины составляет 1,21,8. Абсолютная величина давления перед турбиной может достигать десятков и сотен бар. Следовательно, предкамерные турбины ЖРД являются низкоперепадными (дозвуковыми) и высокорасходными. Параметры этих турбин весьма существенно отличаются от параметров турбин, применяемых для схем ЖРД с выбросом газа в атмосферу.

Ввиду больших расходов через предкамерную турбину удельная работа турбины при заданной мощности мала, поэтому мал и коэффициент работы турбины L_тон значительно меньше, чем у автономных турбин.

Обычно в предкамерных турбинах газ подводится по всей окружности, но иногда (несмотря на большие расходы газа), в связи с высокой плотностью газа, приходится применять парциальный подвод.

КПД турбины и насосов не влияют на выходные энергетические показатели (R_уд) силовой установки в целом, так как энтальпия газа, выходящего из турбины, и знтальпия компонентов топлива, выходящих из насосов, используются в камере; но величина КПД играет существенную роль для получения минимальной массы ТНА и связанных с ним трубопроводов.

Чем выше КПД, тем меньшее начальное давление перед турбиной можно выбрать и тем самым сделать всю установку более легкой. При малых КПД насосов и турбины требуются большие давления перед турбиной, а это в свою очередь требует больших давлений за насосами. Существует предельное давление перед турбиной, при превышении которого мощность турбины будет меньше необходимой для привода насосов. Поэтому к предкамерным турбинам, как и к насосам, предъявляют требование, чтобы они имели высокий КПД при минимальной массе, достаточных простоте и надежности конструкции. Для повышения КПД предкамерные турбины можно выполнять со степенью реактивности 0,20,3. Однако для уменьшения осевой силы назначают более низкую степень реактивности, а часто такие турбины даже выполняют активными.

Вопрос № 35.

Расширение газа в сопловых и лопаточных решетках турбины.

Окружная и адиабатная работа турбины.

Степень реактивности ступени.

Сопла или сопловые решетки в турбинах всегда наклонены к плоскости вращения под небольшим углом ₁=1525. При этом выходная часть сопла образует косой срез. Косой срез является конструктивной необходимостью сопловых аппаратов турбин.

Истечение газа в условиях косого среза обладает рядом особенностей, существенно сказывающихся на формировании газового потока перед решеткой рабочего колеса. Поэтому изучение течения в каналах с косым срезом имеет важное практическое значение

Косой срез часто используется для дополнительного расширения в нем газа.

Расширение газа в косом срезе сужающейся решетки

При дозвуковом или околозвуковом истечении газа используется конфузорная (сужающаяся) решетка.

Расширение газа в решетке будет зависеть от отношения давлений на входе в решетку и на выходе из нее ₁=р₀^/р₁.

Если ₁<_ср (такие отношения давлений характерны для предкамерных турбин), то в расчетном сечении установится давление р₁ и на протяжении косого среза среднее давление не будет меняться.

Н
аправление потока на выходе из решетки при дозвуковых скоростях определяется по формуле

где топытный коэффициент. Для скоростей выхода, близких к сверхзвуковым, т=1, а для М≤0,40,5 т=1,08; аразмер горла межлопаточного канала.

Если в конфузорной решетке или в единичном сопле с косым срезом отношение давлений р₀^/р₁>_кр, т.е. давление за решеткой р₁ меньше р_кр, в сечении давление будет равно критическому р_кр , а в пространстве между сечением и срезом будет происходить дальнейшее расширение газа до давления р₁.

На рисунке можно показать эпюры давлений вдоль стенки, где газ расширяется постепенно от р_кр до р₁, и в точке, давление падает сразу до р₁. Вокруг этой точки возникает течение Прандтля – Майера, как при обтекании сверхзвуковым потоком тупого угла в этой точке. Точка является источником возникновения слабых возмущений в потоке. Расширение газа осуществляется в пучке характеристик, исходящих из этой точки, причем конечное давление р₁ устанавливается вдоль последней характеристики. Скорость газа увеличивается от звуковой (=1) до сверхзвуковой (1), т.е. за сечением газ течет со сверхзвуковой скоростью. Газ расширяетсяширина струи больше, чем сечении. Поток поворачивает в сторону меньшего давления и среднее его направление определится углом +.

Если давление р₁ установилось в пределах косого среза, то косой срез при этом использован не полностью.

По мере понижения давления р₁ или повышения давления р₀^* при р₁=const, т.е. при увеличении ₁=р₀^/р₁, последняя характеристика приблизительно совпадает со срезом, т.е. на ней установится давление р₁, равное окружающему. В этом случае расширительная способность косого среза будет использована полностью.

Угол ₁ между направлением потока и плоскостью среза в процессе расширения газа в косом срезе возрастает. Это происходит в результате того, что скорость, нормальная к плоскости волны разряжения, увеличивается после нее по сравнению со скоростью до волны при постоянном значении тангенциальной составляющей скорости.

Постепенный поворот потока в пучке характеристик приводит к тому, что ширина его увеличивается, т.е. получается тот же эффект расширения струи, который имеет место в сверхзвуковой части сопла Лаваля.

У
гол отклонения потока в косом срезе может быть найден по точным формулам газодинамики. Однако при инженерных расчетах удобно пользоваться приближенной формулой, известной под названием формулы Бэра,

где _с1адприведенная скорость при адиабатном течении, находится из таблиц ГДФ по отношению давлений р₁/р₀^*=() (без учета потерь).

Этой формулой рекомендуется пользоваться при ≤34.

П
редельное отношение давлений, соответствующее полному использованию расширительной способности косого среза, получается по формуле

Предельный угол отклонения потока можно подсчитать, подставив в формулу Бэра значение ₁=_1пр.

Обычно расчетную величину угла отклонения потока при расширении в косом срезе ограничивают значениями 35. В связи с этим сопловую решетку никогда не рассчитывают на предельное отношение давлений. Максимальное расчетное отношение давлений для сужающихся сопел в этом случае ₁=34.

Расширение газа в решетках и соплах с расширяющимися каналами

При степенях расширения ₁34 в сопловых решетках применяют профили, которые образуют межлопаточные каналы в форме сопел Лаваля. В турбинах с малым расходом газа применяют отдельные сопла, выполненные в виде сопел Лаваля.

При ₁ >₁^, в косом срезе будет происходить дальнейшее расширение газа. Поток будет вытекать из сопла под углом ₁+. Расширение в косом срезе начинается не от расчетного сечения, а от характеристики, смещенной относительно точки, так как сверхзвуковая скорость движения газа больше скорости распространения волны (с₁^>a). Угол , под которым характеристика наклонена к оси, определится из уравнения

Р
асширительная способность косого среза сопла Лаваля ограничивается таким давлением р₁, при котором последняя характеристика из точки приблизительно совпадет со срезом.

Д
ля этого случая можно написать соотношение

П
риближенное значение угла отклонения потока определяется по формуле, аналогичной формуле Бэра,

Следует заметить, что все приведенные зависимости справедливы и для решетки рабочего колеса, в где q(_c1ад) определяется из таблиц ГДФ по отношению давлений р₁^/р₀^*, а q(_c1ад)  по отношению давлений р₁/р₀^*.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)