- •1.1 Газотурбинный двигательэ Общие сведения
- •1.2 Действительный простой цикл
- •1.3 Сложные циклы. Цикл с регенерацией
- •1.4 Цикл с промежуточным охлаждением и регенерацией
- •2. Наддув как основной метод повышения удельной мощности дизеля. Схемы наддува
- •2.1 Общие сведения
- •3. Агрегаты наддува
- •3.1 Принцип действия и устройство газовой турбины
- •3.2 Кинематика газового потока в проточной части турбины. Треугольники скоростей
- •3.3 Работа на лопатках и мощность турбины
- •4. Активная и реактивная ступени турбины
- •4.1 Активная ступень турбины
- •4.2 Процесс расширения газа в турбинной ступени
- •5. Потери в турбине и к.П.Д.
- •5.2 Потери в рабочем колесе
- •5.3 Потери с выходной скоростью
- •5.4 Коэффициенты полезного действия турбины
- •6.1 Характеристики турбины
- •6.2 Требования к газовой турбине
- •7. Радиальные турбины
- •7.1 Особенности работы радиальной центростремительной турбины
- •7.2 Достоинства и недостатки осевых и радиальных турбин
- •8. Основы теории компрессоров
- •8.1 Центробежные компрессоры. Схема устройства и принцип действия
- •8.2 Процесс сжатия в центробежном компрессоре
- •8.3 К.П.Д. Компрессора
- •8.4 Треугольники скоростей. Работа и мощность компрессора
- •8.5 Характеристики центробежных компрессоров
- •8.6 Помпаж
- •8.7 Потери в компрессоре
6.2 Требования к газовой турбине
Взаимозависимость работы двигателя и газовой турбины обуславливает следующие требования к ней:
- совместная работа двигателя и газовой турбины должна обеспечивать получение минимального удельного расхода топлива в возможно более широком диапазоне режимов;
- наиболее полное использование в турбине располагаемой энергии выпускных газов с высоким и возможно более стабильным к.п.д. турбины в широком диапазоне режимов работы двигателя. Обычно расчетный режим турбины соответствует максимальной величине к.п.д.;
- проходное сечение соплового аппарата должно обеспечивать совместную работу турбины и двигателя без существенного изменения соотношения между давлением наддува и противодавлением газов на выпуске, что особенно важно для всех двухтактных двигателей и четырехтактных двигателей с продувкой;
- высокая надежность турбины в течение всего предусмотренного срока службы при минимальных весогабаритных показателях. Это требование противоречиво, так как уменьшение весогабаритных показателей вызывает рост напряженности и сокращение срока службы. Выполнение его обычно связана с выбором компромиссного соотношения между тем, что нужно и тем, что возможно.
В зависимости от типа, назначения, быстроходности, конструктивных и эксплуатационных особенностей двигателя, к газовой турбине предъявляются специальные требования, связанные с совмещением характеристик двигателя, турбины и компрессора и обеспечением нормальных условий работы двигателя на всех эксплуатационных режимах.
7. Радиальные турбины
7.1 Особенности работы радиальной центростремительной турбины
Рассмотрим особенности устройства и работы центростремительной радиальной турбины, широко применяемой в наддувочных турбокомпрессорах. Схема устройства радиальной турбины изображена на рис. 7.1. Из подводящего патрубка 1 газы поступают в сопловой аппарат 2 и далее в рабочее колесо 3, представляющее собой крыльчатку с радиальными лопатками. Выходные кромки рабочих лопаток загнуты таким образом, чтобы направление вектора абсолютной скорости газа на выходе было близко к осевому (поэтому более строго было бы называть такие турбины радиально-осевыми). Окружные скорости на входе в рабочее колесо и1 и на выходе из него и2 имеют разные значения. Так как диаметр рабочего колеса на входе d1 больше среднего диаметра на выходе d2 то при одном и том же числе оборотов п
Рис. 7.1
Относительная скорость газа изменяется не только вследствие расширения, но и под действием сил инерции, которые в центростремительной турбине замедляют скорость перетекания газа в межлопаточных каналах рабочего колеса. Для преодоления тормозящего влияния центробежных сил при движении газа от периферии к центру рабочего колеса центростремительные турбины всегда выполняются реактивными, со средней степенью реактивности ρ = 0,45÷0,55. Малые перепады давления газа в рабочем колесе (при малых ρ) могут оказаться недостаточными для преодоления центробежных сил, и тогда относительная скорость газа на выходе может стать равной нулю. Момент сил, действующих на рабочие лопатки турбины,
, |
(7.1) |
где и - соответственно радиусы входной и выходной кромок рабочего колеса (см. рис. 7.1); .
Работа газа
, |
(7.2) |
где - угловая скорость вращения ротора турбины.
При
|
(7.3) |
Подставив (7.3) в (7.2), получим формулу для определения работы
, |
(7.4) |
Здесь характеризует использование кинетической энергий газа, образованной в сопловом аппарате; соответствует работе, полученной вследствие ускорения газа в рабочем колесе; соответствует работе центробежной силы, действующей на 1 кг газа при изменении окружной скорости от и1 до и2.
В центростремительной турбине и1 > и2, поэтому работа центробежной силы суммируется с первым и вторым членами формулы (7.4) и увеличивает работуLu. В центробежной турбине и2 > и1 поэтому Lе имеет положительный знак и уменьшает суммарную работу турбины Lu.
Так как в качестве наддувочных турбин применяются как осевые, так и радиальные, следует учитывать их относительные преимущества и недостатки.