17.Основные параметры турбины. Способ охлаждения деталей турбины.

К числу основных параметров элементарной ступени осевой турбины, как и ранее для осевого компрессора, относятся две группы параметров. Первая группа – геометрические и газодинамические 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.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 Под охлаждением газовых турбин понимают снижение рабочей температуры материала лопаток турбин по сравненению с более высокой температурой обтекающего их газового потока благодаря использованию различных устройств или систем. Охлаждение турбин является частью общей системы охлаждения различных элементов, деталей и узлов двигателя, но имеет ряд особенностей. Главная из них заключается в том, что для этой цели применяется так называемое внутреннее охлаждение с использованием теплоносителя, протекающего по специальным Внутренним полостям в сопловых и рабочих лопатках. Кроме того, слабое снижение температуры материала достигается также внешним охлаждением за счет естественного отвода тепла и за счет теплоизлучения горячих частей, корпуса турбины, при охлаждении подшипников турбины смазывающим их маслом, при обдуве дисков турбины и специальной продувке охлаждающим воздухом замков турбинных лопаток и т. д. Классификация систем внутреннего охлаждения с использованием теплоносителей, циркулирующих в специальных каналах внутри турбинных лопаток, начинается прежде всего с указания типа теплоносителя – жидкостное и газовое.Жидкостное охлаждение, предполагающее, как правило, замкнутую схему циркуляции охлаждающей жидкости, имеет ряд преимуществ, обусловленных прежде всего высокой теплоемкостью охлаждающего теплоносителя, а следовательно, высокой эффективностью работы такой системы охлаждения. Однако конструктивные сложности реализации такой системы сделали до настоящего времени нецелесообразным ее применение в авиационных ГТД. Главные сложности определяются необходимостью обеспечить надежное уплотнение в местах ввода и вывода жидкостного теплоносителя из вращающегося ротора. Этих недостатков лишены лопатки с естественной циркуляцией, работающие по принципу термосифона, но и они не получили пока применения в системах охлаждения в основном из-за усложнения и утяжеления конструкции лопаток и дисков.

18.24. Формы проточной части многоступенчатых турбин

При конструировании отдельных блоков (каскадов) многоступенчатой турбины с расположенными непосредственно друг за другом отдельными ступенями (или в случае одноблочной конструкции) возможны различные формы проточной части в меридиональном сечении. Наиболее характерные три формы ПЧ показаны на рис. Основные конструктивные размеры многоступенчатой турбины обозначаются по типу рис. 8.31.

Проточная часть с D_т=const (рис. 8.55, а) позволяет получить наибольшие значения окружных скоростей во всех ступенях, что можно использовать для уменьшения числа ступеней или для увеличения значений их коэффициентов нагрузки. Ее достоинством является также цилиндричность наружного обвода меридионального сечения турбины _н=0 В этом случае величина радиального зазора не изменяется при взаимном осевом смещении ротора и статора турбины, обычного при работе двигателя.Недостатком такой формы проточной части являетсяповышенная масса.К числу недостатков следует отнести повышенные вторичные и концевые потери в первых ступенях из-за малых высот лопаток этих ступеней.

Проточная часть с D_вт=const при том же числе ступеней, что и в случае с D_т=const в принципе могла бы иметь меньшую массу, чем другие проточные части. Однако пониженные значения окружной скорости в первых ступенях могут чрезмерно увеличить коэффициенты нагрузки, для снижения которых целесообразно увеличить число ступеней, и тогда выигрыша в массе всей турбины может и не быть. Такая ПЧ может оказаться целесообразной у турбин маломощных двигателей с малым расходом газа, когда при выборе основных размеров турбины важно обеспечить приемлемые высоты лопаток.

Проточная часть с D_cp=const (рис. 8.55, б) является промежуточной. Ее основным достоинством является равномерное распределение угла уширения меридионального сечения проточной части (_н=_вт) по наружному и корневому диаметрам проточной части. При проектировании турбины следует не допускать повышенных значений углов раскрытия (рекомендуются _н (вт)≤20...25°), для чего выбираются соответствующие значения удлинения лопаток. На практике часто применяются комбинированные и промежуточные формы ПЧ