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

Если учесть, что изоэнтропийный теплоперепад между ста­ тическими начальными и конечными параметрами определяется по формуле

Так как скорость сй в действительности всегда отлична от нуля, то наряду с располагаемым теплоперепадом ha в качестве величины, характеризующей работоспособность тур­

30

реактивности по высоте лопатки изменяется, возрастая от корня к вершине. Для характеристики ступени обычно указы­

степень реактивности. К реактивным относят ступени, сте­ пень реактивности на среднем диаметре которых составляет

0,30-0,50.

§ 2. Треугольники скоростей

На рис. 13 и I Ц- изображены решетки сопловых и рабочих лопаток для турбин с q = 0,0 и q = 0,5 . Решетки лопаток получены следующим образом. Выбрана цилиндрическая поверх­ ность, ось которой совмещена с осью вращения рабочего колеса турбины. Проточная часть турбины рассекается ука­ занной поверхностью и полученное цилиндрическое сечение разворачивается на плоскость.

Лопатки соплового аппарата образуют сходящиеся криво­ линейные каналы. Течение газа в каналах сопловых лопаток сопровождается увеличением скорости до величины .

Направление потока газа на выходе из каналов соплового аппарата определяется направлением выходных кромок профи­ лей сопел. Оно составляет с плоскостью вращения рабочего колеса угол оц , который называется углом выхода потока газа из каналов сопловых лопаток.

На рабочих лопатках кинетическая энергия преобразуется в механическую работу на валу турбины. При рассмотрении работы воащающихся рабочих лопаток целесообразно перейти

32

от абсолютного движения к относительному. Рабочие лопатки движутся мимо неподвижных сопловых лопаток со скоростью а , которая является окружной скоростью. Если обозначить число оборотов турбины п , то окружная скорость опреде­ лится по формуле

и

C l ’ Р и с . 14

Окружная скорость является переносной скоростью движе­ ния рабочих лопаток и каналов рабочих лопаток с заключен­ ным в них газом. Векторным вычитаниемТГ из"с7 находим относительную скорость. Возьмем частицу газа в любой точ­ ке осевого зазора между сопловым аппаратом и рабочими ло­ патками. Пусть это будет точка на выходе из каналов сопло­ вого аппарата. Через эту точку проводим линию направления окружной скорости 0-0. Под углом а , к этому направлению

33

кладываем вектор а . Соединяя точку 0 с началом вектора 1Г , находим величину и направление вектора относительной

треугольником скоростей, так как он характеризует распре­ деление скоростей на входе в рабочее колесо.

Учитывая 0 ,1 5 ) и равенство c.= ipcrt , величину и на­ правление относительной скорости находим по соотношениям

а рост р< свыше 90° вызывает увеличением,. Параметр-^-

играет важную роль, так как он определяет кинематику по тока в ступени.

34

Наиболее экономичная работа турбины будет тогда, когда поток газа входит в каналы рабочих лопаток без потерь энергии. Для этого требуется входные кромки рабочих лопа­ ток .ориентировать по направлению относительной скорости

(рис. 14, 13). В этом случае угол входа потока газа в

Когда рабочие лопатки подбираются из условия обеспечения безударного входа на них, тогда входной угол профиля ра­

жающимися. Поэтому профили рабочих лопаток турбины с у =

=0,0 заметно отличаются от профилей рабочих лопаток турби­ ны с у = 0,5 .

Относительная скорость газа на выходе из каналов рабо­

определяется направлением выходных кромок рабочих лопаток и характером истечения.

Через точку, взятую в выходном сечении канала рабочих лопаток, проводим линию под углом jbz к направлению враще­ ния. Отложим значение скорости . Геометрическим сложе­

35

плоскостью вращения колеса называется углом выхода потока

выходе из рабочего колеса значительно меньше скорости с, , что свидетельствует о преобразовании основной части кине­ тической энергии в механическую работу на валу турбины.

Чем больше разница скоростей и , тем больше произве­ денная турбиной работа.

На входе в каналы рабочих лопаток газ обладает кинети-

\^jZ

ческой энергией -у - , а в результате расширения от р., до рг кинетическая энергия увеличивается. Теоретическую от­

Треугольники скоростей имеют важное значение при произ­ водстве расчетов турбин и при исследовании их работы. Обычно они строятся отдельно от профилей лопаток. Вершины треугольников располагают в общей для них точке О, назы­ ваемой полюсом. На рис. 15 изображены треугольники скоро­ стей активной ( а ) и реактивной (5 ) турбин.

36

Из треугольников скоростей ясно видно, что скорость газа за рабочим колесом с.2 значительно меньше с4 .

Уменьшение абсолютной скорости газа в рабочем колесе

объясняется использованием части кинетической энергии для совершения работы.

37

Так/ы образом, тип турбины, форма профилей и каналов рабочих лопаток определяют форму треугольников скоростей и наоборот.

Указанная связь профилей лопаток с треугольниками ско­ ростей позволяет по треугольникам скоростей выбирать (при­ нимать) углы профилей ос4, и jb2 , а по ним подбирать наи­ выгоднейшие профили для сопловых и рабочих лопаток. Для этого необходимо иметь треугольники скоростей и каталог профилей лопаток. При построении треугольников скоростей

ходятся по приведенным формулам.

Важное значение для понимания сущности процессов, для расчетов и исследований имеют окружные и осевые составляю­ щие скоростей. Они определяются по соотношениям треуголь­

^2 COSС* г ,

- осевая составляющая скорости \л/2 W2a= C2a=W2 slH ^2=C2 Sin(X2 .

Таким образом, форма треугольников скоростей зависит от углов <х4 и р г , степени реактивности (? и от отношения

скоростей , характеризующего режим работы турбины.

38

де из нее, т .е . по параметрам треугольников скоростей и давлениям перед рабочим колесом и за ним.

Для определения силы, действующей на лопатку, развер­ нем цилиндрическое сечение ряда рабочих лопаток турбины

Будем рассматривать течение газа в полученной решетке профилей плоским и установившимся. Такое допущение для большинства практических задач оправдывается и вполне до­ пустимо (при достаточно большом радиусе сечения).

39