Распределение по ступеням степени реактивности.

При назначении степеней реактивности обычно руководствуются следующими соображениями:

- не допускают отрицательные значения степени реактивности у втулки лопатки;

- по возможности минимизируют потери в радиальном зазоре;

- в случае охлаждаемой ступени с увеличением r температура перед РК по заторможенным параметрам будет увеличиваться, что потребует увеличение расхода охлаждающего воздуха на РК.

Обычно предлагается степень реактивности увеличивать от первой ступени к последней, так как относительные высоты проточной части по тракту турбины всегда увеличиваются, и по условию неполучения у корня отрицательной степени реактивности величина расчетной степени реактивности на среднем радиусе проточной части должна увеличиваться от первой ступени, где r₁= 0,2…0,25 (малая реактивность в первых ступенях снижает потери от перетеканий в радиальном зазоре и позволяет принимать более высокие значения коэффициентов нагрузки при умеренной закрутке потока на выходе), до более высоких значений на последних ступенях, где r_z = 0,35…0,4, а иногда и выше.

Умеренная степень реактивности способствует падению температуры газа перед рабочими лопатками, уменьшению закрутки потока на выходе из ступени, снижению потерь от перетеканий через радиальный зазор. Однако в некоторых случаях приходится применять большие степени реактивности r₁³ 0,4, в частности в первой ступени, с целью воспрепятствования появлению сверхзвуковых скоростей на выходе из соплового аппарата, для увеличения осевой силы, воздействующей на ротор турбины (то есть уменьшения результирующей осевой силы, воздействующей на ротор турбокомпрессора), уменьшения перепада давления, под которым работает лабиринтное устройство между сопловым аппаратом и рабочим колесом, в особенности в случае подвода охлаждающего воздуха с так называемой спутной закруткой.

Существенным фактором, влияющим на выбор степени реактивности, является величина температуры торможения газа на рабочих лопатках Т_w₁^*. Температура Т_w₁^* будет тем меньше, чем больше l_ад и меньше степень реактивности ступени. При этом на величину Т_w₁^* влияет также отношение u/c_ад. Необходимость возможно большего снижения температуры газа на лопатках с целью улучшения условий работы ротора турбины часто приводит к тому, что l_ад первых ступеней турбин ГТД назначается значительно больше соответствующей оптимальным величинам приведенных скоростей l₁_t и l_w₂_t, а степень реактивности выбирается минимально возможной из условия получения нулевой или небольшой положительной степени реактивности на втулочном радиусе проточной части.

Снижение степени реактивности может оказаться оправданным, в основном, для первой ступени, поскольку с уменьшением r снижаются потери, связанные с наличием радиального зазора над рабочим венцом. Для последующих ступеней более существенным может оказаться перетекание рабочего тела через неплотности в сопловом аппарате, интенсивность которого при снижении степени реактивности возрастает ввиду увеличения перепадов давления на втулочных путях перетекания. Для последней ступени турбин ГТД главным условием, определяющим величину степени реактивности, обычно является необходимость обеспечения осевого направления движения выходящих газов.

Величина степени реактивности на среднем радиусе определяется минимально допустимым значением степени реактивности у корня лопатки r_вт ³ 0. Надо заметить, что проектировать турбинную ступень со степенью реактивности в корневом сечении лопаток, равной нулю, практически не целесообразно. Погрешности, неизбежные при производстве турбин, даже в пределах допусков на изготовление лопаток или на положение их, могут привести к тому, что площадь проходных сечений в межлопаточных каналах изготовленного рабочего колеса окажется несколько больше расчетной или та же площадь у сопловых лопаток окажется меньше расчетной. В этих случаях степень реактивности у корневых сечений лопаток выполненной турбины, если она была запроектированной равной нулю, станет отрицательной. Известно, что отрицательная степень реактивности даже в корневых сечениях лопаток уменьшает КПД турбины. Объясняется это, главным образом, нарушением расчетного течения в корневых сечениях ступени и распространением этого нарушения на близлежащую область по высоте лопаток тем в большей степени, чем более отрицательна степень реактивности, то есть чем большая часть лопатки вдоль радиуса работает в режиме отрицательной степени реактивности. Кроме того, в турбинных ступенях с нулевой или отрицательной степенью реактивности в корневых сечениях лопаток уменьшение их КПД из-за практически неизбежной протечки воздуха в осевой зазор между венцами сопловых и рабочих лопаток происходит в значительно большей мере, чем у ступеней с положительной степенью реактивности. Иными словами, они более чувствительны к попаданию в проточную часть воздуха, подаваемого либо на охлаждение рабочих лопаток и дисков, либо для уменьшения (разгрузки) осевой силы, действующей на ротор турбокомпрессора. Развитые лабиринтные уплотнения уменьшают эти протечки, но полностью их не устраняют, и отрицательное их влияние на экономичность турбины остается. Поэтому при проектировании турбин реактивность в корневых сечениях лопаток необходимо делать положительной. Положительная степень реактивности в корневых сечениях лопаток, особенно в газодинамически нагруженных ступенях, способствует при прочих равных условиях уменьшению относительной скорости на входе в рабочие лопатки, которая в корневых сечениях достигает весьма высоких значений, и увеличению угла входа потока газа на рабочие лопатки. Последнее существенно облегчает профилирование лопаток, особенно лопаток с внутренним воздушным охлаждением.

Проектирование турбин с положительной степенью реактивности в корневых сечениях лопаток встречает некоторые затруднения у ступеней с относительно длинными лопатками. Преодолеть эти затруднения можно, спроектировав турбину с уменьшенным градиентом степени реактивности по длине: например, с постоянным или близким к постоянному углом a₁ по длине лопатки или повышением общего уровня степени реактивности в ступени, то есть увеличением ее на среднем радиусе. Последнее также уменьшает градиент степени реактивности по длине и в сочетании с некоторым отходом от закона постоянства циркуляции в сторону постоянного угла a₁ практически решает задачу проектирования турбин с положительной степенью реактивности по всей длине лопатки.

Чем выше общий уровень степени реактивности в ступени, тем при прочих равных условиях больше отклонение потока на выходе из ступени от осевого направления. Если это имеет место в последней ступени турбины, то имеющиеся в затурбинном диффузоре стойки используют для придания потоку осевого направления. Для этого их выполняют профилированными с учетом направления потока на выходе из турбины. Опыт показывает, что ступень турбины с отношением среднего диаметра к длине лопатки, равным 4,5, с положительной степенью реактивности и со стоящей за ней спрямляющей решеткой имеет больший на 2,5% суммарный КПД, чем эта же ступень, но с рабочими лопатками, при которых в корневом сечении отрицательная степень реактивности (-0,12) и близким к осевому направлением потока на выходе.

При расчёте турбины по среднему диаметру можно воспользоваться программой TURBIN.EXE, установленной в дисплейном классе кафедры «Авиационные двигатели». Следует учесть, что программа требует задания исходных данных для каждой из рассчитываемых ступеней турбины, причём для охлаждаемых ступеней расход охлаждающего воздуха задаётся в долях от расхода воздуха через ГТУ, а температура воздуха в первом приближении может быть принята равной температуре за компрессором. Для неохлаждаемых ступеней расход и температуру воздуха следует задать нулями.

Расчёт турбины по среднему диаметру можно выполнить и вручную по алгоритму, приведенному ниже.

По результатам расчёта необходимо построить в одном масштабе планы скоростей (характеризующие кинематику газа) для первой охлаждаемой и последней неохлаждаемой ступеней турбины.

2.1 Адиабатическая скорость в ступени

2.2 Критическая скорость звука на входе в ступень

2.3 Приведенная окружная скорость на входе в ступень

2.4 Отношение окружной скорости РК к адиабатической скорости газа

2.5 Температура газа перед РК по заторможенным параметрам

2.6 Приведенная окружная скорость на входе в РК

2.7 Приведенная теоретическая скорость на выходе из СА

2.8 Приведенная скорость газа на входе в РК

2.9 Отношение температуры газа к температуре заторможенного потока на входе в РК

2.10 Отношение статического давления газа к давлению заторможенного потока на входе в РК

2.11 Угол потока на выходе из СА

2.12 Угол потока на входе в РК в относительном движении

2.13 Число Маха на входе в РК в относительном движении

2.14 Приведенная относительная скорость газа на входе в РК

2.15 Отношение температуры в относительном движении газа к температуре заторможенного потока на входе в РК

2.16 Температура газа перед РК по заторможенным параметрам в относительном движении

2.17 Полное давление газа на входе в РК в относительном движении

2.18 Отношение статического давления газа к давлению заторможенного потока в относительном движении на входе в РК

2.19 Приведенная относительная скорость газа на выходе из РК (теоретическая)

2.20 Приведенная относительная скорость газа на выходе из РК

2.21 Отношение температуры в относительном движении газа к температуре заторможенного потока на выходе из РК

2.22 Температура газа на выходе из ступени статическая

2.23 Число Маха на выходе из РК в относительном движении

2.24 Местная скорость звука на выходе из ступени

2.25 Угол потока на выходе из РК в относительном движении

2.26 Окружная скорость РК на выходе

2.27 Окружная составляющая скорости газа на выходе из ступени

2.28 Угол потока на выходе из ступени

2.29 Число Маха на выходе из ступени

2.30 Приведенная скорость газа на выходе из ступени

2.31 Отношение температуры газа к температуре заторможенного потока на выходе из ступени

2.32 Полное давление газа на выходе из ступени

2.33 Степень понижения полного давления в ступени

2.34 Полная температура газа на выходе из ступени

2.35 Адиабатическая работа ступени

2.36 Внутренняя работа ступени

2.37 Эффективный КПД ступени

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 194; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!