29. Основные геометрические параметры лопаточных решеток и профиля компрессора.

Геометрические параметры ступени. Характерным размером ступени является наружный диаметр на входе в РК D_к1. Относительная высота лопатки характеризуется величиной относительного диаметра втулки =D_вт1/D_к1. Величина относительного диаметра втулки изменяется в широких пределах. Так, в первых ступенях и особенно в одноступенчатых вентиляторах =0,3...0,4, в последних ступенях – =0,8...0,9. Важнейшим геометрическим параметром является удлинение лопаток. Если определить высоту лопатки по входу h_л=(D_к1–D_вт1)/2, то отношение высоты лопатки к хорде на среднем диаметре и определяет удлинение лопатки =h_л/b_ср. Удлинения лопатки изменяются в широких пределах от 3,5-4,5 до 1,5-2,5. Геометрические размеры лопаток характеризуются так называемой «парусностью», т. е. отношением хорд лопаток в периферийном и втулочном сечениях b_к/b_вт.

Важнейшим параметром решетки являются шаг (t) и густота решетки (b/t – отношение к шагу величины хорды), соединяющей точки пересечения средней линии профиля (см. рис. 6.6, пунктир) с контуром профиля. Помимо шага и густоты отметим угол установки профиля в решетке  (угол между хордой и фронтом решетки). Важно подчеркнуть, что углы потока на входе ₁ и на выходе из решетки ₂, определенные треугольником скоростей, отличаются от конструктивных углов лопаток _1л и _2л, определяемых между касательными к средней линии и фронтом решетки на угол атаки i по передней кромке и на угол отставания потока  на выходе из решетки. Как отмечалось ранее, угол поворота потока в решетке  определяется как =₂–₁, а разность конструктивных углов лопаток определяет угол изгиба профиля =_2л–_1л. Вводя углы i и , получим =+i–. Параметром, определяющим пропускную способность решетки при больших скоростях набегавшего потока, является ширина узкого сечения (так называемого «горла») решетки (А_г) и отношение его к ширине струи на входе (A_г/A₁). Помимо угла изгиба профиля  форма профиля характеризуется величинами x_f - расстоянием вдоль хорды от носика профиля до точки максимального прогиба, с_max – максимальной толщиной профиля и х_с – координатой положения максимальной толщины. Используются соответствующие безразмерные величины: ; ; .

30. Осевые турбины. Основные параметры.

К числу основных параметров элементарной ступени осевой турбины, как и ранее для осевого компрессора, относятся две группы параметров. Первая группа – геометрические и газодинамические (в том числе кинематические), параметры профиля, скорости потока, числа М, углы поворота, углы атаки и отставания, конфузорность течения и др. Ко второй группе относятся специфические параметры, введенные и используемые в теории турбомашин – степень реактивности, коэффициент теоретической работы и коэффициент расхода. Рассмотрим последовательно эти основные параметры элементарной ступени осевой турбины. Параметры, относящиеся к охлаждению, составляют самостоятельную группу.

Как и у компрессорной решетки, направление потока на выходе характеризуется углом отставания, т. е. решетка как бы «недоворачивает» поток. Однако в отличие от компрессорных решеток, где угол отставания отсчитывается от углов, составляемых касательной осевой линии профиля на выходе и фронтом решетки (_2л и _1л) – конструктивных углов, в турбинах угол отставания отсчитывают от так называемых «эффективных» углов на выходе из решетки. Эффективный угол при околозвуковых скоростях потока достаточно точно может определяться по величинам наименьшего расстояния между профилями – «горла» решетки и шага (см. рис. 8.3) – и вычисляться по формулам:

для СА для РК Эффективный угол на выходе из решетки является одним из важнейших геометрических параметров решетки. Причем при околозвуковых скоростях за решеткой поток выходит из нее под углом, близким к эффективному, т. е. этот конструктивный угол решетки совпадает с газовым углом потока. Эффективный угол характеризует не только закрутку потока, но и пропускную способность турбинной решетки – важный конструктивный параметр турбин ГТД.

В соответствии с этим углы отставания определяются зависимостями:

для СА для РК

31. Схема и принцип действия осевой турбины. Потери в ступени турбины.

Рис. 8.1. Схема расчетных сечений элементарной ступени осевой турбины и кривые изменения основных параметров газа по тракту (СпрА – спрямляющий аппарат

Рис. 8.2. Упрощенные треугольники (план) скоростей ступени турбины

Как показано на рис. 8.1 (см. рис. 2.4), элементарная ступень осевой турбины состоит из неподвижной решетки СА – статора – и расположенной после нее решетки РК – ротора, – перемещающейся относительно неподвижного СА со скоростью u. За последней ступенью может быть установлен спрямляющий аппарат для обеспечения осевого направления потока на входе в затурбинное устройство (переходной канал между турбинами, диффузор форсажной камеры, реактивное сопло).

В турбинных решетках (СА и РК) обычно происходит значительное увеличение скорости потока. В дозвуковой области это сопровождается уменьшением поперечного сечения потока. Поэтому межлопаточный канал СА и РК (кроме рассматриваемых ниже активных турбин) есть суживающийся канал.

Конфузорность течения обычно характеризуют соотношением площадей струек на входе и на выходе, т. е. степенью конфузорности: и соответственно .Переход через скорость звука в суживающейся решетке происходит в ее выходной части (рис. 8.3), называемой косым срезом решетки, хотя в высоконагруженных решетках местные сверхзвуковые зоны могут существовать и до косого среза на спинке решетки.

различных видов потерь в ПЧ авиационных турбин позволили получить надежные обобщенные данные. Для турбинных решеток существуют два основных вида потерь – профильные и вторичные, причем профильные, в свою очередь, можно разделить на потери: от вихреобразований и трения в пограничном слое и при срыве его на вогнутой и выпуклой сторонах профиля; от вихреобразований в закромочном следе профиля; волновые при сверхзвуковых скоростях в межлопаточных каналах. В охлаждаемых турбинных решетках существуют дополнительные потери, связанные с выпуском охлаждающего воздуха в газовый поток. Экспериментальные исследования показали - наибольшее влияние на потери в неохлаждаемых решетках оказывают следующие геометрические и режимные параметры: =t/b – относительный шаг; =180°–(₁+₂) – угол поворота потока в решетке; k_PK=sin₁/sin₂ – конфузорность плоского течения в решетке; =c_max/b – относительная толщина профиля; r₁ и r₂ – радиусы скругленйя входной и выходной кромок лопаток;  – угол отгиба профиля; M₁ и М_w2 (₁ и ₂) – числа М (приведенные скорости ) на выходе из решетки; Re=w₂l₂/М – число Re; i – угол атаки.