- •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
3.3 Работа на лопатках и мощность турбины
В результате взаимодействия газового потока с лопатками рабочего колеса возникает крутящий момент, являющийся конечной целью преобразования энергии в турбине.
Рассмотрим механизм действия сил и образования крутящего момента на примере одной рабочей лопатки, изображенной на рис. 3.4.
Рис. 3.4
Рабочая лопатка имеет несимметричный профиль; ее выпуклую сторону обычно называют спинкой, а вогнутую – корытцем.
При обтекании лопатки потоком газа на нее действуют силы давления и силы трения, причем силы давления распределяются по поверхности лопатки неравномерно: на вогнутую часть действуют большие давления, чем на спинку. Характер распределения давления по контуру рабочей лопатки в общем случае определяется ускорением потока газа в межлопаточном канале и воздействием на лопатку реактивной силы.
При повороте ускоряющегося потока частицы газа отбрасываются к корытцу лопатки, где создается повышенное давление. Следовательно, по ширине межлопаточного канала давление изменяется от максимального на корытце до минимального на спинке. Равнодействующую сил давления Р можно разложить на две составляющие: окружное усилие , действующее в направлении вращения ротора, и осевое усилие, действующее по оси вала турбины.
Крутящий момент на валу турбины создается окружным усилием .
Для расчетного определения крутящего момента, работы и мощности турбины под понимают суммарное окружное усилие на все лопатки, действующее на средней окружности рабочего колеса.
В соответствии с законом количества движения применительно к массе газа, протекающего через рабочее колесо за 1 сек.
(3.4) |
где |
- расход газа, кг/с; |
|
- проекции относительных скоростей на плоскость вращения рабочего колеса. |
Из треугольников скоростей турбинной ступени (рис. 3.3) видно, что
или
(3.5) |
Таким образом из формулы 3.4 следует, что
(3.6) |
Направление силы считается положительным, если оно совпадает с направлением вектора окружной скорости. Окружная составляющая относительной скоростиимеет отрицательный знак, т.к. она направлена в сторону, обратную направлению, поэтому при использовании формулы 3.4 передследует ставить знак плюс. Если же учитывать лишь величину скоростей, без учета их знака, формула 3.3 может быть записана в следующем виде:
(3.4а) |
С учетом зависимости 3.6
(3.4б) |
В формуле 3.4б перед знак минус ставится, если, а знак плюс, если. (В надувочных газовых турбинах, как правило,, следовательно, передв этом случае следует ставить знак минус).
Работа на окружности колеса турбины, отнесенная к одному килограмму газа, равна произведению усилия на окружную скорость:
(3.7) |
Окружную скорость можно выразить как произведение угловой скорости на средний радиус рабочего колеса, т.е.
С учетом 3.6
(3.8) |
Величина крутящего момента на валу турбины может быть определена следующим образом:
Мощность турбины, выраженная в кВт при известной величине работы составит
кВт |
(3.9) |
Если известна окружная скорость работа газа определяется величиной алгебраической разности (с учетом) проекций абсолютных скоростей, которая зависит от изменения направления скорости газового потока и называется закруткой потока.
Из полученных выражений следует, что для определения работы и мощности турбины надо знать секундный расход газа и величины векторов скоростей, т.е. треугольники скоростей ступени. Применительно к надувочной газовой турбине расход газа определяется как сумма расходов воздуха и топлива в дизеле
кг/с
кг/час
или
кг/с