Характеристики ступени турбины

Анализ протекания характеристик ступени турбины будем производить при следующих условиях:  и =const и равны расчетным, a  меняется за счет .

а) Зависимость параметра расхода  от

Рис. 6.11.Зависимость параметра расхода ступени турбины от

По мере возрастания степени понижения давления газа в ступени (начиная со значений, близких к ) растет соответственно и перепад давлений на сопловом аппарате . Увеличение  вызывает увеличение скорости истечения газа из соплового аппарата и соответственно рост скорости в самом узком его сечении «са-са» (горле, рис. 6.10), т.е. увеличение . Следовательно, увеличивается и параметр , пропорциональный  (рис.6.11). Однако увеличение  будет продолжаться лишь до тех пор, пока степень понижения давления газа в сопловом аппарате не станет близкой к её критическому значению (произойдет «запирание» СА) или пока не будет достигнута скорость звука в межлопаточных каналах находящегося за ним рабочего колеса («запирание» РК). Дальнейшее увеличение  уже не будет оказывать влияния на параметр расхода.

б) Зависимость КПД ступени от

При увеличении  увеличивается степень понижения давления в СА π_са, поэтому скорость истечения газа из СА с ₁ увеличивается, как показано на участке I, рис. 6.12. В конце этого участка скорость газа в самом узком сечении (са-са) межлопаточного канала СА (рис. 6. 10) достигает значения местной скорости звука. Поэтому при дальнейшем увеличении  на участке II с ₁ продолжает возрастать из-за расширения газа в косом срезе решетки СА и в конце этого участка достигает максимального значения. На третьем участке увеличение , как уже отмечалось выше, не приводит к увеличению с ₁.

 

Рис. 6.12.К объяснению зависимости hст ступени турбины от		Рис. 6.13. К анализу влияния u / c 1на КПД ступени

 

Рассмотрим, как при этом будут изменяться КПД ступени турбины при условии, чтоокружная скорость РК u =const. При этом условии параметр u / c ₁ будет изменяться обратно пропорционально с ₁ (рис. 6.12).

Пусть расчетному режиму работы ступени соответствует значение , при котором параметр u / c ₁₌(u / c ₁)_опт, угол атаки лопаток РК равен нулю (рис. 6. 14 б), а η_ст максимален (см. точку 1 на рис. 6.12 и рис 6.13).

Рис. 6.14.Отрыв потока с лопаток рабочего колеса

Если снизить  до значения , то из-за снижения с ₁ параметр u / c ₁ возрастет (см. точку 2 на рис. 6.12), поэтому η_ст снизится не только из-за увеличения u / c ₁, но и из-за возникновения отрыва потока с корытца профиля РК (рис. 6. 14, в).

Увеличение  до значения  приведет к росту с ₁ и к снижению параметра u / c ₁ (см. точку 3 на рис. 6. 12).При этом η_ст также снизится не только из-за снижения u / c ₁, но и из-за отрыва потока со спинки профиля лопаток РК (рис. 6. 14, а).

Увеличение  на участке III (рис. 6. 12) уже не вызывает изменение с ₁ и, соответственно, изменение u / c ₁. Но η_ст на этом участке продолжает снижаться из-за увеличения относительной скорости W ₂ на выходе из РК за счет расширения газа в косом срезе решетки РК, что увеличивает волновые потери и потери на трение в РК.

На рис. 6.13 пунктиром изображен характер изменения η_ст, когда каждому значению параметра u / c ₁ соответствовует такая форма профилей лопаток РК (рис. 6.7), при которой угол атаки лопаток РК равняется нулю. Поэтому отрыв потока с лопаток не возникает. Сплошной линией на рис. 6.13 показано изменение η_ст для одной и той же турбины, когда при изменении параметра u / c ₁ форма профиля лопаток РК не меняется. Поэтому в этом случае изменение параметра u / c ₁ вызывает не только изменение потерь ξ_са,ξ_рк и ξ_вых, но и отрыв потока с профилей РК.

Изменение η*_ст качественно аналогично изменению η_ст, но его максимальное значение сдвинуто по отношению к максимальному значению η_ст

(рис. 6.13).

в) Зависимость параметра работы  от

Если бы значение  при изменении  оставалось неизменным, то параметр работы ступени

изменялся бы в зависимости от так, как показано на рис. 6.15 штриховой линией. Но с учетом изменения  эта зависимость протекает так, как показано на этом рисунке сплошной линией.

На рис. 6.15 представлена характеристика ступени турбины при λ _u =λ _{u p}. Максимальное значение степени понижения давления в ступени турбины ограничено условием достижения осевой составляющей скорости газа за РК, равной скорости звука. Этот режим отмечен на этом рисунке штриховкой справа.

 

Рис. 6.15.Характеристика ступени турбины при λ u =λ u p		Рис. 6.16. Характеристика ступени газовой турбины

 

При изменении значения (или параметра ) по сравнению с расчетным значением все кривые, изображенные на рис. 6.15, несколько смещаются и деформируются.

На рис. 6.16 приведен пример характеристики ступени с 2,2 при различных значениях . При расчетном значении  кривые ,  и (кривые 1 на рис.6.16) протекают в зависимости от  примерно так же, как и на рис. 6.15. При снижении  (или ) по сравнению с его расчетным значением для сохранения близкого к оптимальному значения  необходимо снижать и . Поэтому максимум  достигается в этом случае при меньшем значении . Соответственно деформируется и зависимость  от .

 

 

Глава 7

 

КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ГТД