Основные параметры многоступенчатой турбины и их связь с параметрами её ступеней

Для современных ГТД работа, которую можно получить на валу одной ступени турбины, значительно меньше, чем требуется для вращения компрессора и других потребителей мощности. Поэтому в них обычно применяются многоступенчатые турбины. На рис. 6.8 приведена схема трехступенчатой турбины ГТД, а на рис. 6.9 показан процесс расширения газа в такой турбине. Турбина состоит из ряда последовательно расположенных ступеней, каждая из которых имеет сопловой аппарат и рабочее колесо. Здесь г – сечение на входе в турбину; т – сечение на выходе из нее; 2 _I 2 _II, 2 _III – сечения на выходе соот­ветственно из первой, второй и третьей ступеней. Процесс расширения газа в такой турбине состоит из последовательного понижения давления в первой, второй и т. д. ступенях.

 

Рис. 6.8. Схема проточной части многоступенчатой турбины					Рис. 6.9. Процесс расширения газа в трехступенчатой турбине в р,υ - координатах

 

Рассмотрим параметры турбины и установим связь их с параметрами ступеней, из которых состоит турбина.

Степень понижения давления в турбине определяется по статическому давлению на выходе  или по полному давлению . Очевидно, что

,                                        (7.1)

где  - степени понижения полного давления в первой, второй и т.д. ступенях, а z - число ступеней.

Работа на валу турбины равна сумме работ ступеней

 .                               (7.2)

Располагаемый теплоперепад (адиабатная работа расширения) для многоступенчатой турбины определяется таким же образом, как и для ступени, т.е.

,

где  , а теплоемкость газа  зависит от его состава и температуры.

Аналогично (в параметрах заторможенного потока)

.

Адиабатная работа расширения газа в турбине не равна сумме адиабатных работ расширения газа в ее ступенях. Вследствие того, что температура (и энтальпия) газа на входе во вторую, третью и т.д. ступени в реальном процессе вследствие выделения теплоты трения оказываются выше, чем в идеальном (рис. 6.9), адиабатная работа расширения газа в каждой из них повышается. Поэтому сумма адиабатных работ (располагаемых теплоперепадов) во всех ступенях оказывается больше, чем адиабатная работа расширения газа в турбине в целом на величину, эквивалентную заштрихованной на рис. 6.9 площади. Этот эффект принято называть ² возвратом теплоты ² в многоступенчатой турбине.

Такой же результат дает и анализ процесса расширения газа в параметрах заторможенного потока

, или ,                             (7.3)

где коэффициент a > 0 называется коэффициентом возврата теплоты.

Коэффициенты полезного действия турбины:

- адиабатный

;                                       (7.4)

- мощностной

                                               (7.5)

- в параметрах заторможенного потока

 .                                                  (7.6)