Турбина

Из (5.17) видно, что распределение величины L _{ст i}, дейст­вительно, зависит от формы проточной части турбины и частоты вращения п. На рис. 5.8 приведены возможные формы проточ­ной части турбин современных ГТД.

Проточная часть с D_K = const позволяет сработать наи­большие значения Р*_{ст i}, на первой ступени. При этом на первой ступени реализуется и наибольшее снижение температуры ΔТ*. Поэтому схема с D_K = const наиболее целесообразна в высоко­температурных турбинах, поскольку последующие ступени (кроме первой) можно выполнять неохлаждаемыми.

В турбинах с формой проточной части, выполненной при D_cр = const, теплоперепад целесообразно распределять по ступеням равномерно. В результате на расчётном режиме сохраняется высокий уровень η*_Т.

В турбинах же, где D_BT = const, теплоперепад следует увеличивать от первых к последним ступеням. Такие формы проточной части наиболее целесообразны для ТНД ТРДД. Дело в том, что на нерасчётных режимах (допустим, на крейсерском) перераспределение Р_ст происходит только на последних ступенях. В результате Р _ст, в проточной части относительно выравниваются, и η_τ остается достаточно высоким.

39. Классификация турбомашин по нагруженности, классификация компрессоров и ступеней компрессоров по степени повышения полного давления. Количественные значения соответствующих параметров и краткая характеристика указанных видов турбомашин.

По нагруженности:

1. Низконагруженные

2. Средненагруженные

3. Высоконагруженные сверхзвуковое истечение из решеток

Классифицировать нагруженность по работе не разумно, т.к. можно получить высокую работу как за счет больших окружных скоростей (u), так и за счет больших усилий (ΔCu)

По степени повышения полного давления:

1. Вентиляторы

   1. Низконапорные вентиляторы

   2. Средненапорные вентиляторы

   3. Высоконапорные вентиляторы

2. Низконапорные компрессоры (ННК)

3. Средненапорные компрессоры (СНК)

4. Высоконапорные компрессоры (ВНК)

40. Классификация турбомашин по скорости обтекания профилей (истечения из межлопаточных каналов). Краткая характеристика указанных видов турбомашин.

По скорости обтекания профилей турбомашины классифицируют:

• Дозвуковые ()

• Трансзвуковые )

• Сверхзвуковые ()

При некотором угле атаки сопротивление решетки имеет наименьшее значение. Однако этот режим не является наивыгоднейшим с точки зрения условий работы решетки, например в рабочем колесе ступени. При иугол поворота потока в колесе возрастает. Следовательно, увеличивается закруткаи сообщаемая воздуху работа. При этом, что очень важно, вначале сопротивление решетки (работа трения) возрастает гораздо медленнее, чем, что приводит к росту КПД рабочего колеса.

Максимальное значение КПД достигается при некотором оптимальном в этом отношении угле атаки , лежащем недалеко от начала резкого подъема кривой. При дальнейшем увеличении угла атаки вскоре возникает срыв потока с верхней поверхности профилей, образующих решетку, что проявляется в резком увеличении сопротивления, а также в замедленном росте и последующем падении угла отклонения. Угол атаки, при котором возникают эти явления, называется критическим.

Решетки, применяемые в дозвуковых компрессорах, составляются обычно из профилей, средняя линия которых изогнута по дуге круга или по параболе с максимальная толщина расположена на 30 - 40% хорды, а передняя кромка имеет сравнительно большой радиус закругления, равный 10 - 15 %. Для дозвуковых решеток характерны сравнительно толстые профили с расположением максимальной толщины и максимального прогиба дуги средней линии в области первой половины хорды (), что приводит к значительному сужению межлопаточного канала на его входном участке.

Сверхзвук

Одним из основных путей снижения массы и габаритных размеров авиационных ГТД является уменьшение габаритного диаметра компрессора при заданном расходе воздуха и уменьшение числа ступеней. Для уменьшения необходимо увеличение осевой скорости воздуха, но как видно из треугольника скоростей

увеличить при сохранении неизменного значенияможно только при одновременном снижении окружной скорости колесаu или увеличении . Снижение окружной скорости приводит к уменьшению работы, сообщаемой воздуху колесом, и, как в следствие, к уменьшению адиабатической работы сжатия (или). В результате для получения прежнего значения общей степени повышения давления в многоступенчатом компрессоре придется иметь больше ступеней. Использование положительной предварительной закрутки воздуха позволяет несколько увеличить допустимое значение окружной скорости, но и в этом случае возможности дозвуковых ступеней остаются ограниченными.

В ступенях сверхзвуковым может быть как и поток, набегающий на лопатки РК (в относительном движении), так и поток, набегающий на лопатки направляющего аппарата. Однако в реальных конструкциях обычно сверхзвуковым является только поток, набегающий на рабочее колесо, а скорость воздуха на входе в расположенный за колесом направляющий аппарат на всех радиусах не превышает скорости звука.

Основной особенностью таких ступеней является форма профилей лопаток рабочего колеса, обеспечивающая возможность обтекания их сверхзвуковым набегающим потоком при достаточно малом уровне потерь.

Для обеспечения возможности работы решетки при сверхзвуковых скоростях набегающего потока необходимо, чтобы входной участок межлопаточного канала не имел заметного сужения, а потери в нем при углах атака были бы малы. Для этого профиля, составляющего компрессорную решетку, должны иметь малую относительную толщину (), при чем максимальная толщина и максимальный прогиб дуги средней линии должны располагаться в задней его части (), с тем чтобы передняя часть профиля по своей форме напомнила острый клин. Радиус ее скругления должен быть достаточно малым, кривизна верхней поверхности профиля, особенно в передней его части, также должна быть возможно малой.

Трансзвук.

Для большинства трансзвуковых ступеней характерно наличие дозвукового потока на выходе из колеса, т.е. торможение потока в рабочем колесе с переходом через скорость звука.

В целом трансзвуковые ступени благодаря повышенным значениям коэффициента нагрузки и высоким окружным скоростям при использовании их в качестве первых ступеней компрессора могут обеспечить адиабатическую работу сжатия воздуха Н* = 30…60 кДж/кг, что соответствует при равных или более высоких значениях осевой скорости воздуха, чем у дозвуковых ступеней.

Однако, надо учитывать, что тонкие рабочие лопатки с острыми кромками более склонны к вибрациям и более чувствительны к повреждениям посторонними предметами, к износу и к ошибкам в проектировании и производстве, а применение повышенных окружных скоростей требует использования высокопрочных материалов в конструкции ротора ступени и увеличивает шум.