4.5 Рабочий процесс в рабочем колесе осевой турбины

Рабочий процесс в РК отличатся тем, что происходит во вращающихся межлопаточных каналах. По этой причине расширение газа в РК можно рассматривать как в абсолютном, так и в от­носительном движениях. Если учесть, что абсолютная скорость течения в РК определяется как векторная сумма , то следует ожидать значитель­ного усложнения расчетных соотношений между параметрами потока в абсолютном движении. В расчетной практике чаще рассматривают связь ме­жду параметрами потока рабочего венца в относительном движении, а переход к параметрам абсолютного движения выполняют лишь для сечений на входе в РК и на выходе из него на основе планов скоростей ступени, возможные ва­рианты которых приведены на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 – Возможные варианты планов скоростей ступени осевой турбины: а - a₂< 90° и b₁< 90°; б - a₂ > 90° и b₁ > 90°

Из планов скоростей следует, что при известных параметрах на выходе из СА скорость определяется из выражения:

4.58

если и (рисунок 4.17,а), или

4.59

если и (рисунок 4.17,б).

При этом , а .

Температура торможения может быть найдена из очевидного соотноше­ния (см. рисунок 4.16):

4.60

Откуда

4.61

Давление торможения можно определить по уравнению изоэнтропы (1^*_w-1) (см. рисунок 4.16):

4.62

Как видно, приведенные выше соотношения позволяют осуществить пере­ход от параметров абсолютного движения к относительному в сечении на входе в РК.

Дальнейшее рассмотрение процесса расширения газа в каналах РК целесо­образно, как и в случае СА, проводить на основе i-s-диаграммы (рисунок 4.18).

Рисунок 4.18 – i-s - диаграмма процесса расширения в каналах РК

В относительном движении процесс расширения газа в РК является энер­гоизолированным, поэтому имеет место соотношение:

4.63

откуда следует:

4.64

Откуда в свою очередь:

4.65

Нетрудно видеть, что .

Величина при известных и определится как разность:

4.66

Тогда изоэнтропическая скорость истечения газа может быть найдена из соотношения:

4.67

Действительная скорость из-за наличия потерь (см. рисунок 2.6.2) меньше и определяется по аналогии с венцом СА с помощью коэффици­ента скорости :

4.68

Диапазон возможных значений ступеней современных турбин состав­ляет 0,94…...0,96. Аналогично СА можно записать:

4.69

Снижение давления торможения в венце РК, аналогично венцу СА, оце­нивается с помощью коэффициента восстановления полного давления:

4.70

который также зависит от и . При и величина выбирается в интервале 0,96...…0,98.

Статические параметры газа на выходе из РК определяются через соответ­ствующие газодинамические функции потока:

4.71

При известной геометрии проточной части РК и заданном расходе G_г по уравнению неразрывности может быть найден угол выхода потока из рабочего венца. Для продуктов сгорания керосина это выражение имеет вид:

4.72

При известном b₂ легко определяются все элементы выходного треуголь­ника скоростей (см. рисунок 2.6.1):

в относительном движении –

4.73

в абсолютном движении –

4.74

Угол выхода потока в абсолютном движении определяется по следую­щим соотношениям (рисунок 2.6.1):

4.75

Переход к параметрам потока в абсолютном движении осуществляется сле­дующим образом:

вычисляется температура торможения :

4.76

по уравнению изоэнтропы (2-2^*) (см. рисунок 2.6.2) определяется давление торможения :

4.77

Найденные значения и позволяют определить мощность ступени и :

4.78

где (здесь и определяются по температурам и ),

4.79

(здесь - определяется по температуре ).

Полученные значения и сравниваются с потребными, которые закла­дываются на этапе предварительного расчeта турбины. Если рассчитанная ступень не соответствует заданным пределам, то, изменяя в допустимых ин­тервалах , , , а также , можно добиться (провести оптимизацию параметров) потребных значений и .