Кравченко И. В. Христофоров И. Л. Силовые установки летательных аппаратов (554342), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Характеристики приводятся к стандартным условиям: ро- — 101325 Па, ТΠ— — 299 К. Приведенный расход воздуха РО э С „„= 6 — Т„'/То, кг/с. Приведенная частота вращения ~в е и„„= и Т /Т, с . По внешнему виду такие характеристики не отличаются от характеристик, построенных в зависимости -от 0 и л. Изменяется только масштаб по оси абсцисс. нерабочая Жк соиМ Рис. 4.8. Характеристика осевого компрессора Характеристики отдельных ступеней компрессора выглядят так же, как и характеристики всего компрессора, но имеют меньшие значения к и большие т1е Регулирование компрессоров Компрессор рассчитывается на определенный режим работы, для которого все параметры ступеней выбираются близкими к оптимальным. Такой режим работы компрессора, называемый расчетным, отличается согласованностью между площадями проходных сечений, плотностями и скоростями воздуха, а также углами установки лопаток.
Правильно рассчитанный компрессор с относительно малой степенью повышения давления ~к„< 5...6) обычно удовлетворительно работает на различных режимах, встречающихся при эксплуатации ТРД. У компрессора со степенью повьппения давления и > 6...8 на режимах, сильно отличающихся от расчетных, наступает столь значительное рассогласование работы первых и последних ступеней„что нормальная работа на подобных режимах стано- вится невозможной, если не будет применено то или лирование.
ено то или иное регу- На практике применяют азличн Переп ск воз р зличные методы регулирования. олее простых способов ерепуск воздуха является одним из наиболее регулирования компрессора. За первы рвыми ступенями компрессора в одном, двух или большем числе сечений се енин делаются по окружности корпуса отверстия для перепуска воздуха (рис.
4.9 а . Отверстия закрываются с вне с внешнеи стороны корпуса лентами. На режиме запуска ленты ослабляются ется в атмосфе . Ме я тся, и часть воздуха перепус я тся канастоя ее в 4 ру. Метод перепуска достаточно эффе э ективен и в щ е время широко используется н экономичность двигателя и и этом а двигателях о днако еля при этом ухудшается, так как приходится сбрасывать в атмосфе в ф ру воздух, на сжатие которого была затрачена некоторая работа.
Р ис. 4.9. Схемы регулирования осевых компрессоров: а — с перепуском воздуха; о — с поворотными направляющим аппаратами. 1 — ленты перепуска; 2 — поворотные аппараты Применяется и пово от л р лопаток статора, причем числ расположение регулируемых венцов выбирается в з л, число и от типа комп ессо а ся в зависимости прессора, общего числа ступеней (рис. 4.9 б). 3 метод не х ша уд ет экономичности двигател тот усложняет конструкцию. ателя, но значительно Применение дв х- и мн к тому, что комп ессо у - многокаскадных компрессоров в сводится рессор с высокими расчетными значениями н„„разделяется на группы ступен " енеи со значительно меньшей величиной к и , соответственно, с меньшим возможным рассогласованием с тупенеи в пределах каждо" структивных слож ои из них.
ностеи схемы с числом к о . тлз-за конпока не каскадов более т ех не получили распространения. 5. ТУРБИНЫ Типы газовых турбин Осевая турбина (рис. 5.1) подобно компрессору состоит из ряда ступеней. Количество их в ТРД достигает трех, а в ТБД и ТРДД вЂ” семи.
Каждая ступень состоит из неподвижного лопаточного венца (сопловой аппарат СА) и вращающегося ра- выход СГОРАН СТУПЕНИ ННЫ АНДАгКНЫЕ олки влл туРБины сопловые АППА РАТЫ Рис. 5.1. Трехступенчатая турбина Газовая турбина является лопаточной машиной, в которой происходит отбор энергии от газа и преобразование ее в мощность на валу, используемую для привода компрессора, воздушного винта и агрегатов двигателя. бочего колеса РК. Диски РК, имеющие венцы рабочих лопаток, вместе с валом образуют ротор, а СА вместе с корпусом — статор турбины. По схеме преобразования энергии газовая турбина обратна компрессору, Поступающий на турбину сжатый и нагретый газ в СА расширяется, благодаря чему увеличивается его скорость. В большинстве случаев газ продолжает расширяться на лопатках РК.
Большая часть кинетической энергии, полученная в СА и РК, преобразуется в механическую работу вращения РК. Расширение газа в СА может быть полным или частичным. В первом случае, когда газ расширяется до давления, равного давлению за турбиной, турбина называется активной. Во втором, когда газ продолжает расширяться на рабочих лопатках, турбина называется реактивной. Из-за низкого КПД активные турбины в ГТД не нашли применения.
В осевой турбине направление потока в меридиональном сечении параллельно оси турбины. Они получили наибольшее распространение благодаря высокому КПД, относительно малой массе и габаритным размерам. Если давление в осевой турбине уменьшается постепенно от первой до последней ступени, то она называется турбиной со ступенями давления. В отличие от нее, в турбинах со ступенями скорости в последующих ступенях используется полученная при расширении кинетическая энергия газа. Из-за невысокого КПД такие турбины, отличающиеся большой скоростью газа, выходящего из СА первой ступени, в ГТД не применяются.
При небольших расходах оказывается предпочтительным применение более простых и дешевых радиальных турбин, в которых направление потока перпендикулярно оси турбины. Радиальные центростремительные турбины применяют в малоразмерных ГТД, служащих для привода агрегатов. Работа расширения газа и КПД турбины Используя параметры заторможенного потока на входе и выходе из турбины, можно получить выражение для изоэнтропической работы: Л' = с„Т,, — Т.
а ~ или Х, = ВТ 1— тз ~ 1 г ь 1 й т где к' = р„Ур — степень понижения полного давления в турби- не. Для газа В = 287,6 Дж/(кг. К) и и = 1,33, тогда получается Х,а = 1160 Т" ~1 1/хО 248 тз В реальной турбине на преодоление гидравлических потерь затрачивается энергия газа, которая в итоге превращается в тепло и воспринимается газом. Поэтому процесс расширения в реальной турбине протекает не по адиабате, а по политропе с подводом тепла ~п < й).
Соответственно работа, совершаемая единицей массы газа при его расширении в турбине с учетом потерь, равна Ь = с (Т,,— Т ) . Уровень совершенства процесса в газовой турбине определяется потерями в ней, к которым относятся гидравлические потери в каналах СА и РК, потери в радиальном зазоре и потери на трение диска о газ. Учет всех безвозвратных гидродинамических потерь производится с помощью КПД по параметрам заторможенного потока Пт, под которым понимается отношение работы турбины к изоэнтропической работе турбины 11 = Л /Ь~,. Значения КПД на расчетном режиме меняются в диапазоне т~ = 0,89...0,93. Ступень газовой турбины На схеме ступени (рис. 5.2) показаны сечения тракта: О— перед СА; 1 — в осевом зазоре между СА и РК; 2 — за РК.
Развертка на плоскость цилиндрических сечений лопаток турбины, называемая элементарной ступенью турбины, изображена на рис. 5.3. На входе в СА газ имеет давление ро и температуру То . Сопловой аппарат решает две задачи: преобразует потенциальную энергию газа в кинетическую и изменяет направление газа перед входом на лопатки РК. Для решения этих задач каналы СА спрофилированы так, чтобы обеспечить расширение газа до заданного давления и тем самым увеличить скорость потока.
Поэтому СА представляет собой систему суживающихся каналов, изогнутых в сторону вращения, в которых давление и температура газа уменьшаются, а скорость увеличивается от со до е, Направление вектора скорости е определяется в основном Рис.
5.2. Схема ступени газовой турбины Рис. 5.3. Схема течения газа в ступени турбины направлением выходной кромки лопаток СА, составляющей угол о с плоскостью вращения. Чем этот угол меньше, тем меньше площадь выходного сечения соплового аппарата ~ Относительная скорость и~ находится геометрическим суммированием векторов абсолютной с1 и окружной и скоростей. Треугольник, составленный из векторов в1, и и с1, называется треугольником скоростей газа на входе в РК.
В суживающихся криволинейных каналах РК (~2 „< ~ „) происходит дальнейшее расширение газа, сопровождающееся уменьшением его давления и температуры. Скорость возрастает до в2, а поток поворачивается в сторону, обратную направлению движения лопаток. Абсолютная скорость газа с2 за РК находится как геометрическая сумма векторов ы2 и и, а треугольник, составленный из этих векторов, называется треугольникол~ скоростей газа на выходе из РК. Так как значительная часть кинетической энергии газа расходуется на вращение рабочего колеса, то с2 < с~. При течении по каналу, образованному лопатками РК, газ, обтекая профили лопаток, изменяет направление и скорость своего движения, а лопатки при атом испытывают ответное действие со стороны газа в виде сил давления, больших на корытце и меньших на спинке лопаток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
