Лопаточные машины / сборка (готово)

70. Зависимость адиабатного и мощностного КПД от отношения U/C1.

Используя соотношения легко проанализировать изменение коэффициентов потерь энергии, а следовательно, и εςη при изменении у ст и ρст. Анализ целесообразно проводить не по параметру у*ст (нагруженность), а по величине uср/с1. Они связаны между собой простейшим соотношением

На рис. 4.17 приведена диаграмма изменения составляющих потерь энергии при изменении

uср/с1 и ρст = const.

Горизонтальная линия с ординатой 1,0 соответствует (в относительных единицах) располагаемому теплоперепаду. Величина ξСА не зависит от uср/с1, и эти потери изображены в виде отрезка, отложенного вниз от линии с ординатой 1,0.

Зависимость ξρκ от uср/с1 при ρcr = const определяется изменением w2/c1. Для установления связи uср/с1 с величинами (w2/c1 и c2/c1)рассмотрим серию планов скоростей ступеней, имеющих одинаковые значения c1 и α1 при различных uср (рис. 4.18).

мере роста uср (см. рис. 4.18, б...г) w1 уменьшается. Соответственно снижается и w2 Наименьшее значение w2 (а следовательно, и наименьшее значение ξρκ) будет

при uср/с1 = 0, а значение ηs ст max соответствует uср/с1 = cos

α1.

Зависимость ξвых = f(uср/с1) определяется отношением (с2/с1). Из рисунка 4.18, а...г видно, что по мере роста uср/с1 скорость с2 вначале уменьшается, но потом, при больших

uср/с1, снова начинает расти. Величина ξвых min достигается при такой форме треугольника скоростей, которая изображена на рис. 4.18, в, т.е. при осевом выходе из ступени. При uср = 0 работа на валу турбины тоже равна нулю, т.е. 1 = ξСА + ξРК + ξвых. Таким образом, кривая (

) выходит из точки εст = 0 при uср/с1 = 0 и достигает максимума при uср/с1, соответствующей примерно осевому выходу газового потока из ступени.

71.Оптимальные планы скоростей одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением U/C1.

Используя соотношения легко

проанализировать изменение коэффициентов потерь энергии, а следовательно, и ηςτ при изменении у ст и ρст. Анализ целесообразно проводить не по параметру у*ст, а по величине uср/с1. Они связаны между собой простейшим соотношением

На рис. 4.17 приведена диаграмма изменения составляющих потерь энергии при изменении uср/с1 и ρст = const.

Горизонтальная линия с ординатой 1,0

соответствует (в относительных единицах)

располагаемому теплоперепаду. Величина ξСА не зависит от uср/с1, и эти потери изображены в виде отрезка,

отложенного вниз от линии с ординатой 1,0.

Зависимость ξρκ от uср/с1 при ρcr = const определяется изменением w2/c1. Для установления связи uср/с1 с

величинами (w2/c1 и c2/c1)рассмотрим серию планов скоростей ступеней, имеющих одинаковые значения c1 и

α1 при различных uср (рис. 4.18).

На рис. 4.18, изображен план скоростей, который соот-

ветствует малому значению uср/с1. Величина w1 в этом случае близка к c1 . Поскольку значение w2 определяется по уравнению √ то значение w2 велико.

В этих случаях ξρκ имеет максимальное значение (см.

рис. 4.17). По мере роста uср (см. рис. 4.18, б...г) w1

уменьшается. Соответственно снижается и w2.

Наименьшее значение w2 (а, следовательно, и

наименьшее значение ξρκ) будет достигнуто в том случае, если вектор w 1 будет направлен по оси ступени

(см. рис. 4.18, г), т.е. при .

Отложив вниз от ординаты 1,0 (см. рис. 4.17) отрезки,

равные ξСА + ξРК получим кривую зависимости

( ) . Анализ еѐ показывает, что ηs ст min имеет место при uср/с1 = 0, а значение ηs ст max

соответствует uср/с1 = cos α1.

Зависимость ξвых = f(uср/с1) определяется отношением (с2/с1). Из рисунка 4.18, а...г видно, что

по мере роста uср/с1 скорость с2 вначале уменьшается, но потом, при больших uср/с1, снова начинает расти. Величина ξвых min достигается при такой форме треугольника скоростей, которая изображена на рис. 4.18, в, т.е. при осевом выходе из ступени. При uср = 0 работа на валу турбины тоже равна нулю, т.е. 1 = ξСА + ξРК + ξвых. Таким образом, кривая ( ) выходит из точки

ηст = 0 при uср/с1 = 0 и достигает максимума при uср/с1, соответствующей примерно осевому выходу газового потока из ступени.

практике требует увеличения окружной скорости и, следовательно, вырастает уровень напряжений, действующих в дисках и лопатках РК.

Применение ступеней с более высоким обусловлено, прежде всего их более высоким . Это объясняется тем, что при росте увеличивается степень конфузорности течения газа в решетке, что приводит к снижению потерь в каналах РК и росту . однако следует помнить что

72. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров.

В соответствии с уравнением энергии:

компрессором расположена КС, нормальная работа которой возможна в диапазоне равном

120..180 м/с.

По этому при проектировании применяется компромиссное решение: при переходе от первых к последним ступеням одновременно уменьшают и и . При этом надо

последних ступеней на воздух должны действовать большие, нежели в первых ступеней, усилия. А это значит, что на последних ступенях степень реактивности следует увеличить.

Физические основы распределения работы сжатия между ступенями

Ступени одного и того же ОК работают в неодинаковых

условиях:

на входе в первые ступени практически всегда имеет место окружная и радиальная

неравномерность потока, обусловленная атмосферными процессами и условиями полета, следовательно, элементы даже одной ступени в этом случае обтекаются потоком с нерасчѐтными числами λw1i, поэтому ηст, первых ступеней объективно не может быть высоким;

 в последних ступенях, где имеют место малые высоты лопаток hлi, сказывается влияние повышенных относительных величин радиального зазора δri, в результате и последние ступени имеют объективно пониженные значения η*стi.

Даже эти простейшие физические соображения определяют различие работ сжатия между ступенями в МОК. На рис. 3.6 приведены возможные схемы распределения Н ст, в ступенях МОК.

В первых ступенях и в меньшей мере в последних ступенях работа сжатия Н ст, заметно снижена по сравнению с работой, приходящейся на каждую из средних ступеней.

Такой характер изменения Н ст, в МОК определяется не только объективно пониженными значениями ηстi в первых и последних ступенях, но продиктован и другими соображениями:

первая ступень работает при самой низкой температуре воздуха, поэтому подвод большой работы Нст обусловливает высокое значение λw1 на периферии лопаток, которое может превысить предельное значение (λw1 < 1,3), что ограничивает величину работы Нст на первых ступенях;

работу сжатия, приходящуюся на каждую из последних ступеней, также приходится уменьшать из-за невозможности поддержания высоких wui при снижающихся значениях cai

Если принять среднее значение работы сжатия в ступени, определяемое величиной L*K/z,

за 100% то обычно L ст1 = 75%,L*ст11 = 75...90%, a L*стz = 80...90%.

Соответственно η*ст1 снижают на 3...4%, а η*стz на 1.5…2%. Такое распределение Н*стi и η*стi характерно для МОК с числом ступеней z > 6. В некоторых случаях, при модернизации уже спроектированного МОК или с целью повышения π ΚΣ, к нему добавляется спереди ―нулевая‖ трансзвуковая ступень (см. рис. 3.6). В этом случае распределение Н*стi, носит иной характер: трансзвуковая ступень выполняется сильно нагруженной, а в дозвуковой части компрессора характер распределения Н*стi остается прежним (см. пунктирную линию на рис. 3.6). Но вследствие повышения температуры воздуха за трансзвуковой ступенью и при сохранении прежнего значения абсолютные значения работ сжатия в ступенях I, II, ..., z могут быть несколько увеличены. Если же при этом поставить условие неизменности π к, то новое

распределение Н*стi позволяет снизить потребное число ступеней z МОК.

Распределение работ сжатия в двух- и трѐхкаскадных осевых компрессорах

Распределение работы сжатия между КВД и КНД выбирается с учетом возможностей турбин, приводящих во вращение соответствующие каскады, но обычно πквд несколько выше πкнд (особенно велика эта разность в ТРДД).

Одна из причин, обусловливающих разделение МОК на каскады, каждый из которых имеет свою частоту вращения ni состоит с том, что вследствие подогрева воздуха в группе передних ступеней при одинаковых уровнях λwi группы средних и тем более

последних ступеней могут иметь более высокие окружные скорости ui

Качественно распределение Н ст, в многокаскадном ОК имерт такой же характер, как и в К обычной формы (см. рис. 3.6). Однако более высокие окружные скорости КВД позволяют скачкообразно поднять абсолютные значения работ Н ст, в последнем (см. рис. 3.7)

73. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых турбин.

Работа на валу турбины равна сумме работ ступеней:

74.Предел реализуемой в ступени турбины и отдельных лопаточных решетках работы (см. вопросы 28, 32). Влияние предела расширительной способности косого среза и запирания каналов по расходу.

2. В процессе совершения работы газом в турбине газотурбинного двигателя газ расширяется и ускорятся. По уравнению обращенного воздействия

приделом реализуемой работы в турбине является местная скорость звука.

Чтобы получить большую работу надо увеличить проточную часть турбины. 3. В косом срезе предел расширительной способности при:

3.1.Заполнении косого среза волнами разряжения.

3.2.Сa станет звуковой, а волны разряжения не успеют заполнить косой срез.

3.3.Сu начнет уменьшаться, так как будет достигнут предел срабатываемой работы.

75.Многоступенчатые турбины, турбины со ступенями скорости и ступенями давления.

Многоступенчатые турбины можно классифицировать по характеру рабочего процесса. Наиболее существенным фактором, характеризующим рабочий процесс, является изменение статического давления в проточной части турбины.

На рис. 5.3 показано изменение pi, ci, wi в проточной части турбин различных типов.

Втурбинах с реактивными ступенями давления:

статическое давление уменьшается как в СА, так и в РК каждой ступени.

относительная скорость wi в венцах РК возрастает.

Вактивных турбинах со ступенями скорости:

весь перепад срабатывается в первом СА, поэтому в нем происходит значительное уменьшение статического давления рi,

значительное увеличение абсолютной скорости в первом СА, которая уменьшается в

рабочих колесах последующих ступеней. Турбины ГТД выполняются, как правило, с

реактивными ступенями давления, так как эти ступени обладают наиболее высокой экономичностью.

Активные турбины со ступенями скорости применяются в тех случаях, когда для получения заданной мощности требуется сработать большой теплоперепад при относительно малой окружной скорости, т.е. при малых ут . Ступени скорости целесо-

образно применять также при малых расходах газа, когда высоты лопаток невелики. В этом случае в ступенях скорости отсутствие утечек в радиальном зазоре позволяет получить более высокий эффективный ητ, чем в ступенях давления.

76.Параметры нагруженности y, y* для многоступенчатых турбин, параметры напряжений т и Fn2.

Среднее для турбины в целом значение параметра нагрузки обозначается через Y (или Y*), величина которого определяется выражением

(5.12)

где ui - окружная скорость на среднем диаметре каждой из ступеней; c*sт определяется величиной πτ.

Чаще используется параметр Y*:

(5.13)

где с*sт определяется величиной π т.

Если предположить, что ui = idem (idem (лат.) – тот же), то выражение (5.13) приводится к

виду

(5.14)

откуда легко найти zτ – количество ступеней:

(5.15)

Y* иногда называют коэффициентом Парсонса, численное значение его зависит от типа двигателя. Например, для ТВД и ТРДД Y* = 0,55...0,60, для ТРД - 0,52...0,54.

т, Fn2:

Fn2 - «кусок» формулы для расчета напряжения растяжения профиля лопатки. F- площадь поперечного сечения проточной части.

n- обороты.

Затем о ц е н и в а ю т д о п у с т и м у ю ч а с т о т у в р а щ е н и я ротора турбины по известному соотношению:

где Ф - коэффициент формы пера лопатки, который для профилей турбины равен 0,5... 0,55; ζρ - уровень действующих напряжений в пере лопатки, который зависит от материала лопатки и ресурса работы двигателя η.