книги из ГПНТБ / Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие

быть расширяющимся, т .е. cL?>0 (рис. 8 ,в);

г) при сверхзвуковых скоростях^(М>1) диффузор бу­ дет сужающимся, T .e.ctfcO (рис. 8 ,г).

Если в каком-нибудь месте канала окорооть потока газа достигает критическое, при которой М* 7, то в атом месте

Увеличению окороотж газа в канале сопла (Ас>0) соответ­ ствует уменьнение площади поперечного сечения. Нри скоро­ сти, равной критической, площадь поперечного сечения соп­ ла становился минимальной, а для дальнейшего увеличения

20

скорости требуется рост проходных площадей. В диффузоре при уменьшении скоростисджрот сверхкритической до крити­ ческой площадь поперечного сечения-f(*) уменьшается, так

возможен только при наличии минимумаf(x) . Это означает, что при изоэнтропийном течении критическая скорость газа получится в самом узком сечении канала независимо от того происходит ли его расширение или сжатие. Сечение канала, в котором достигается критическая скорость (т .е .М = I ), называется критическим.

Таким образом, при расширении газа до критического дав ления сопло должно быть суживающимся, а для дальнейшего расширения газа требуется расширяющееся сопло. Это явле­ ние можно объяснить следующим образом. В дозвуковой обла­ сти относительное изменение плотности происходит в мень­

Следовательно, для получения докритических скоростей на выходе из сопел требуется сходящееся сопло, а получе­ ние сверхкритических скоростей возможно при использовании сходяще-расходящегося сопла.

§3. Определение скорости газа на выходе из каналов сопел

При изоэнтропийном процессе расширения газа в выходном

21

сечении сопел параметры потока газа будут определяться

Практически для определения скорости c<t достаточно од­ ной из этих формул. Конкретное использование той или иной формулы зависит от того, какие параметры известны. Из фор­ мул (2.24 и 2.25) находим:

Так как p*V0*=RTcГ * и И \/vHt~К РоЧ,** то уравнение (2.27) пере-

пишем в следующем виде:

При действительном процессе расширения газа в соплах часть энергии газа расходуется на преодоление вредных сопротивлений. Вследствие этого действительная скорость газа на выходе из каналов сопел, которую обозначим с ,, оказывается меньше теоретической, т . е . с ^ с ^ . Отношение действительной скорости с4 к теоретическойсп называется коэффициентом скорости в сопле и обозначается ц> , т .е .

22

§ 4. Зависимость расхода газа через сопло от давления за ним

(2 .28), написанной для текущего давления р , и используя уравнение состояния p*v0x=RT0" и адиабаты

находим расход газа в зависимости от давления за осесимметричньш соплом

кг/ t . (2.31)

Зависимость расхода газа через сопло, рассчитанная по формуле (2 .31), имеет вид кривойОаЪ, изображенной на рио. 10. При р*=р* расход газа равен нулю ( точка Ъ ), так как в этом случае скорость газа равна нулю. С уменьшением р расход газа возрастает и достигает макси­ мума прир<=ркр (точка о. ). Далее расход газа, вычисленный по форму­ ле (2 .31), начинает уменьшаться и прир< = 0 снова оказывается равным нулю. В действительности этого быть

не может и ветвь кривой аО не имеет смысла, так как она не отражает реального процесса. Максимальный расход газа устанавливается при критическом давлении в минимальном

23

то в сечении АВ устанавливается критическое давление, а

вует давление p4min,. до которого возможно расширить газ в косом срезе. Это давдениерш1и характеризует расширитель­ ную способность косого среза (в общем случае характеристи­ ки ВТ)', БЕ и ВС криволинейные).

определения угла отклонения со необходимо выбрать в потоке

25

на некотором расстоянии от сопла сечение HF , в котором поле скоростей и давлений можно считать однородным, со­ ставить для сечений АВ иГНуравнеяия неразрывности,импуль­ сов и знергии и совместно решить их.

В практике турбостроения часто пользуются приближенной формулой, вытекающей из уравнения неразрывности для ука­ занных сечений при изоэнтропийном процессе расширения:

Формулы (2.34) и (2.35) дают несколько заниженные величи­ ны угла отклонения:

= Сех^-v с о ) — ей ч .

Когда давление за соплом будет рш ^ й характеристика совпадет с линией ВС , то предельный угод (о^+ьЧф) будет равен углу

26

откуда после несложных преобразований находим

пользовать для получения сверхкритических скоростей Ери расширении до давлений но при этом необходима учитывать в расчетах отклонение потока газа на уголоо .

Этой возможностью широко пользуются в газовых турбинах, где почти не применяются расходящиеся сопла.

Г Л А В А 3

РАБОТА ГАЗА В ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ

§ I . Располагаемая работа и термодинамическая степень реактивности

Рассмотрим изоэнтропийный процесс расширения газа в турбинной ступени. Точка /\0 на диаграмме L- s (рис. 12)

ваться параметрами торможения. Состояние газа на входе в турбину, соответствующее параметрам торможения ( р * , Т * ,

Расширение газа в соплах происходит до давления р^ . Расширение газа в турбине закончится при давлении р г . Зна­ чит процесс расширения газа в каналах рабочих лопаток

27

Ра

представляет собой изоэнтропийную работу расширения газа в турбине от полного давления р* на входе до статического

28

как меру максимально возможной работы турбины при полном отсутствии потерь энергии в ней.

Разность энтальпий газа при его изоэнтропийном расшире­ нии от полного давления р0 на входе до статического давле­

Дж/кг. (3.5)

Ра

Понятие располагаемого теплоперепада особенно важно для оценки совершенства реальных турбин.

Вынося в формуле ( 3 .5 ) Т за скобки и заменяя отношение

Т

^ по уравнению изоэнтропы отношением давлений (2 .1 6 ), подучим еще одну формулу для определения располагаемого теплоперепада:

29