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

Текст из файла (страница 7)

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^*.

Предельное отношение давлений можно определить по значению М_1пр.

При ₁=₁^ скорость с₁=с₁^ (₁=₁^) и угол направления потока будет равен ₁ (=0).

При ₁=_1пр с₁=с_1пр (₁=_1пр), а угол выхода потока равен _1пр=₁+_пр (=_пр). При этом осевая составляющая скорости с_1а в соответствии с формулой (5) равна а₁(с_1а=а₁), а окружная составляющая с_1u достигает максимума. Дальнейшее понижение давления внутри решетки невозможно.

При расширении газа за пределами косого среза (р₁<р_1пр) с_1u не изменяется, а с_1а становится больше скорости звука и возрастает. Угол отклонения потока  продолжает возрастать. Это может иметь место только при уширении проточной части за сопловой решеткой.

П
ри ₁= (р₁=0) угол отклонения потока становится максимальным и определяется по формуле

Следует заметить, что все приведенные зависимости справедливы и для решетки рабочего колеса, в межлопаточных каналах которого также имеется косой срез на выходе. Только необходимо заменить абсолютную скорость с₁ на относительную w₂ учесть начальную скорость при определении полного давления.

Располагаемая работа L_адэто максимально возможная работа турбины без потерь, которая эквивалентна адиабатическому перепаду тепла от начальных параметров газа в заторможенном состоянии (р₀^*, Т₀^*) до конечного давления р₂,

О

кружная работа турбины определяется при вычитании из L_ад потерь в сопловой L_ и рабочей L_ решетках турбины и потерь с выходной скоростью L_c:

В турбинах применяют понятие тепловой степени реактивности _т:

г
де L_ад2=i₁i₂располагаемая адиабатная работа на лопатках рабочего колеса;

L_ад^*=i₀^*i₂располагаемая адиабатная работа всей ступени турбины.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)