18.2 Турбины

Турбины военных двигателей подобны турбинам гражданских двигателей. Безразмерная величина нагрузки и отклонение потока для военного двигателя будут заметно повышаться с понижением величины КПД. Использование охлаждения приводит к большему появлению потерь и более низким величинам эффективности.

Высокие скорости и температуры производят большие напряжения в турбине. Хотя компрессор и может быть сделан из легких титановых сплавов, турбина может быть сделана только из более плотных никелевых сплавов. Из рисунка 15.1, можно увидеть, что средние диаметры турбин ВД и НД составляют 0.675 и 0.725, соответственно, от диаметра периферии на входе в вентилятор. Знание этих величин позволяет оценивать множество аспектов современных турбин.

Упражнение 18.9*

a) Найти скорость лопатки на среднем радиусе U_m турбин ВД и НД, использовав снижения температур, данные в упражнении 16.6, найти величины для Δho/U²_m для турбин ВД и НД. Если осевая скорость равна 0.5 от средней скорости лопатки для каждой турбины, используйте Рис. 9.3, чтобы оценить эффективность ступеней каждой турбины.

( Ответ: U_m = 484.3, 362.5; Δho/U²_m = 1.86, 2.16; η_НР = 0.895, η_LP = 0.893)

б) При условии, что абсолютная скорость на выходе из каждой турбины имеет осевое направление, используйте уравнение работы Эйлера (см. раздел 9.2) чтобы вычислить абсолютную окружную скорость в каждом роторе на среднем радиусе.

(Ответ: V_θ = 901, 783 м/с)

в) Приняв, что осевая скорость в турбинах является равной 0.5от средней скорости лопатки, найти скорость истечения из СА ВД и НД и отсюда статическую температуру. Используйте это, чтобы вычислить местную скорость звука и следовательно найти соответствующее число Маха. Каковы отклонения потока в лопастях соплового аппарата?

( Ответ: V = 933, 803 м/с; T = 1500, 1176 K; М = 1.247, 1.212; 75.0°, 77.0°)

Упражнение 18.10

Для среднего диаметра нарисуйте треугольники скоростей на входе и выходе из ротора НД и ВД. Предположите, что осевая скорость одинакова с обеих сторон каждого ротора. Следовательно, найдите отклонение в каждом роторе на среднем диаметре

(Ответ: 123°, 130°)

Упражнение 18.11*

а) Найти площадь горла для статоров турбины ВД и НД. Массовый расход через горло турбины ВД равен 0.88 от массового расхода воздуха в компрессоре ВД, плюс массовый поток топлива; для турбины НД массовый расход - 0.96 от потока компрессора, плюс расход топлива. Масса топлива , найденная в упражнении 16.6, составляет 2.9 % от массы воздуха в компрессоре ВД.

(Ответ: 0.0150, 0.0406 м²)

b) Как приближение предполагают, что направление выхода потока из лопаток

соплового аппарата то же самое как в горле,. используя средний диаметр для турбин ВД и НД найдите высоту лопатки в горле

Отв.: 40.1 116 мм)

Резюме темы 18

Это была короткая и лёгкая тема, поскольку весь рассматриваемый здесь материал был подробно изложен в Теме 9. Для оценки относительных диаметров компрессоров и турбин был использован рисунок 15.1, на котором изображена схема военного двигателя; использование диаметров компрессоров и турбин благоприятствовало преодолению трудностей проектирования и определения количества ступеней.

Диаметры компонентов турбомашин в значительной степени определяют полный размер и форму двигателя (а если была бы доступна подходящая информация, тогда возможно было бы определить и полный вес двигателя). Естественно, материал, изложенный в Темах 15 - 18 имеет ориентировочный уровень, во многом из-за наличия трудностей (аэродинамических и механических). Необходимость оптимизации проявляется при проектировании современных двигателей, масса и размеры которых должны соответствовать уровню технологии, что зачастую определяется стоимостью изделия (или оборудования).

Тема 19

Возврат к гражданскому двигателю