1. Назначение, классификация, схемы, параметры турбомашин

1.1 Назначение турбомашин в различных газотурбинных установках.

Будем рассматривать только тот круг применения турбомашин (компрессоров и турбин), когда они работают совместно в едином агрегате.

На рис.1.1. представлен идеализированный цикл и схема турбореактивного двигателя.

Рис.1.1.

Т ермодинамические процессы в таких машинах происходят последовательно в разных элементах. Рабочее тело (обычно это воздух) засасывается компрессором. В компрессоре давление повышается за счет подвода энергии к воздуху от вращающихся лопаток. Энергия, затраченная на повышение давления от Р_в до Р_к в P,V-координатах отображается площадью в-Р_в-Р_к-к, т.е. слева от линии сжатия в-к.. Далее воздух подается в камеру сгорания, где при постоянном давлении подводится тепло за счет химической реакции горения топлива, при этом удельный объём (V) увеличивается и в точке Г начинается процесс расширения газа, который идет по политропе до точки Т с давлением Р_т, причем количество энергии, отведенное от газа, отображаемое площадью Г-Т-Р_т-Р_г, примерно равно энергии, подведенной воздуху в компрессоре. Процесс расширения продолжается в реактивном сопле до точки с, соответствующей давлению Р_с, равному давлению на входе в компрессор. Не заштрихованная площадь внутри диаграммы отображает свободную энергию цикла, которая в ТРД выражается в виде тяги.

На рис.1.2 показаны цикл и схема турбовального двигателя вертолета или газотурбинной установки, вращающей ротор электрогенератора. Здесь свободная энергия используется в виде мощности на валу так называемой свободной турбины, т.е. турбины механически не связанной с ротором турбокомпрессорной части установки.

Рис.1.2.

Существует весьма обширный спектр схем ГТУ, основой которых является турбокомпрессор, часто состоящий из нескольких роторов. Однако в любой схеме ГТУ назначение турбомашин аналогичное.

1.2. Классификация турбомашин

Турбомашины различают по ряду признаков принципиального и частного характера. Так, исходя из ранее приведенного определения, турбомашины делятся на подводящие энергию к газу и отводящие энергию. К первым относятся компрессоры, насосы, ко вторым - турбины.

И те и другие имеют единые признаки и соответственно названия в зависимости от направления потока по расходной составляющей скорости:

а) осевые; б) радиальные; в) диагональные; г)комбинированные.

От уровня скорости в проточной части:

а) дозвуковые; б)сверхзвуковые; в) трансзвуковые.

По числу ступеней:

а) одноступенчатые; б) многоступенчатые.

По величине некоторых параметров характеризующих особенности рабочего процесса, в частности, при степени реактивности равной нулю ступень называется "активная", если степень реактивности не равна нулю - "реактивная". По количеству роторов: одно-двух-трёхвальные. В свою очередь компрессоры могут быть одно-двухкаскадные, комбинированные; турбины - с охлаждаемыми и неохлаждаемыми лопатками рабочих колес, биротативные, парциальные и с полным подводом газа к рабочему колесу и т.д.

Ряд названий компрессоров и турбин связан с другими частными признаками, о чем будет говориться в соответствующих разделах курса.