4.3.1 Основные кинематические параметры ступени осевой турбины

Кинематическими называются параметры, связанные с кинематикой по­тока: скоростями, углами натекания и т.п. Большинство кинематических па­раметров изображается на плане скоростей (рисунок 4.2, в и 4.4) Они обычно рас­сматриваются на среднем диаметре. Важнейшими из них являются перечисленные ниже.

4.3.1.1 Важнейшие кинематические параметры

Рисунок 4.4 – План скоростей ступени осевой турбины

1. Окружная скорость на среднем диаметре . Ее величина в современных сту­пе­нях осевых турбин составляет 250...450м/с и может достигать величины 550м/с. Величина определяет значение работы совершаемой газом на лопат­ках турбины:

4.8

С другой стороны величина окружной скорости определяет напря­женно-деформированное состояние лопаток и дисков турбины. Последнее об­стоятельство особенно важно, поскольку материалы ее ротора работают в наи­более плохих условиях (центробежные и тепловые нагрузки близкие к предельным для материала). Поэтому именно прочность ротора турбины ограничивает частоту вращения ротора наиболее напряженных каскадов ВД и СД.

2. Углы потока в абсолютном движении ₁, ₂ (см. рисунок 4.4) характери­зуют величины с_1u, с_2u, с_u и следова­тельно работу турбины. С этой точки зрения вели­чины абсолютных углов должны иметь небольшие значения. В этой связи угол на выход из СА ₁ обычно находится в интервале 12...30. Получения меньших значения ограни­чиваются технологическими сложностями при изготовлении сопловых лопа­ток. Величину угла на выходе из РК в абсолютном движении ₂ нельзя задать столь однозначно. Это связано с тем, что ₂ определяет не только работу сту­пени, но и потери с выходной скоростью. С последней точки зрения угол дол­жен быть прямым ₂=90°. Поэтому величина угла на выходе из РК в абсолют­ном движении ₂ находится в интервале от 60° (что характерно для первых ступеней турбины) до ₂=90±10° (для последних ступеней).

Кроме того углы выхода потока определяют осевые проекции скоростей с_а, площади характерных сечений и следовательно высоты лопаток h_лi, от которых зависит общий уровень потерь энергии.

3. Абсолютная скорость потока на выходе из РК c₂ характеризует потери с выходной скоростью. Они представляют собой кинетическую энергию струи газа, покидающего ступень турбины . Наличие этой энергии говорит о том, что не вся энергия расширения газа была преобразована в полезную мощность на выходном валу. Поскольку рабочее тело должно покидать турбину, то эти потери неизбежны. Величина скорости c₂ меняется в широких пределах, дос­тигая уровня 300...400 м/с. Но более характерной величиной является приве­денная скорость _c2 на выходе из РК. Ее значение в турбинах ГТД должно на­ходится в пределах _c2=0,4...0,6, а в турбинах ТВД и ТВаД может достигать значений 0,65...0,75.

Как отмечалось ранее, с величиной потерь с выходной скоростью связан угла на выходе из РК в абсолютном движении ₂. Как видно из рисунка 4.4 минимальное значение скорости c₂ и потерь с выходной скоростью будет иметь место при ₂=90°.

4. В решетках СА и РК обычно происходит значительное увеличение ско­рости потока. В дозвуковой области это сопровождается уменьшением попе­речного сечения потока, т.е. возникает конфузорность потока (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – К понятию степени конфузорности

Конфузорность течения обычно характеризуют соотношением площадей струек на входе и на выходе f₁/f₂, т.е. для РК, например:

4.9

Из приведенной формулы видно, что при одинаковых значениях ₂ вели­чина K_РК тем выше, чем больше угол ₁ (см. рис. 4.5). Степень конфузорности течения имеет большое значение при оценке потерь энергии в венцах тур­бины.