Адиабатным КПД ступени турбины называется отношение

.                                     (6.11)

или (для неохлаждаемой ступени)

,                                             (6.12)

т.е. адиабатический КПД неохлаждаемой ступени турбины равен отношению действительного теплоперепада к располагаемому.

Таким образом, этот КПД учитывает снижение (вследствие наличия гидравлических потерь) действительного теплоперепада в ступени (т.е. уменьшения энтальпии газа, преобразуемой в работу на валу и в приращение кинетической энергии газового потока) по сравнению с тем, который имел бы место при адиабатном процессе расширения.

Полагая средние значения теплоемкости газа в идеальном и реальном процессах расширения одинаковым, формулу (6.12) можно записать как

.                                         (6.13)

КПД ступени турбины в параметрах заторможенного потока равен

                                            (6.14)

или (для неохлаждаемой ступени)

 .                                       (6.15)

Значения  (используемого в расчетах) и  мало отличаются друг от друга и обычно в неохлаждаемых ступенях турбины равны 0,9 … 0,92.

Мощностным КПД ступени турбины называется отношение работы на валу ступени к располагаемому теплоперепаду

.                                            (6.16)

Как видно, он отличается от адиабатического КПД, определяемого формулой (6.11), тем, что не учитывает кинетическую энергию газа на выходе из ступени, равную . Обеспечение достаточно высокого его значения важно в тех случаях, когда рассматриваемая ступень установлена, например, на выходе из вертолетного ГТД или из вспомогательной силовой установки, когда эта кинетическая энергия является потерянной, так как не может быть использована в дальнейшем для получения какой-либо полезной работы. Поэтому величину  в теории турбин принято называть потерями с выходной скоростью. Для отдельно взятой ступени турбины эффективный КПД заметно меньше адиабатического и обычно не превышает значений порядка 0,8.

Степень реактивности ступени представляет собой отношение располагаемого теплоперепада в рабочем колесе Н _{р к} (см. рис. 6.5) к располагаемому теплоперепаду в ступени:

.                                          (6.17)

Ступень, имеющая р ₁ = р ₂, т. е.  и r_ст = 0, называется активной. Для авиационных турбин на среднем радиусе обычно r_ст = 0,3... 0,4. Такие ступени называются реактивными.

 

Кинематические параметры

Кинематические параметры ступени турбины обычно рассматриваются на её среднем радиусе. Важнейшими из них являются следующие.

Окружная скорость. На среднем диаметре лопаток турбин современных ГТД окружная скорость u составляет обычно 300 – 400 м/с и в некоторых случаях достигает 450 - 500 м/с.

Направление и величина скорости газа на выходе из ступени. Угол a₂ на выходе из одноступенчатой турбины или из последней ступени многоступенчатой турбины во избежание повышенных потерь в затурбинном устройстве должен быть близок к 90° и обычно отличается от этого значения не больше, чем на 5-10°. Для первой и промежуточных ступеней турбины отклонение вектора скорости с ₂ от осевого направления может быть более значительным (до 20-25°). Абсолютная скорость газа на выходе из ступени может меняться в широких пределах, достигая 300-400 м/с, в зависимости от расположения ступени в турбине и температуры газов. Характерной величиной является число Маха на выходе из рабочего колеса, которое для турбин ТРД и ТРДД обычно не превосходит значений  = 0,45... 0,55, но в последних ступенях ТВД и вертолетных ГТД с целью сокращения их габаритных размеров доводится иногда до 0,65-0,7.

Параметр u / с ₁. Этот параметр характеризует (совместно с углом a₁, определяющим направление скорости с₁ на выходе из соплового аппарата,

рис. 6.3) кинематику потока (форму треугольника скоростей) перед рабочим колесом. В ступенях турбин авиационных ГТД обычно u /с ₁=0,6... 0,76.