Кинематические параметры
Кинематические параметры ступени турбины обычно рассматриваются на её среднем радиусе. Важнейшими из них являются следующие.
Окружная скорость. На среднем диаметре лопаток турбин современных ГТД окружная скорость u составляет обычно 300 – 400 м/с и в некоторых случаях достигает 450 500 м/с.
Направление и величина скорости газа
на выходе из ступени. Угол 2
на выходе из одноступенчатой турбины
или из последней ступени многоступенчатой
турбины во избежание повышенных
потерь в затурбинном устройстве должен
быть близок к 90° и обычно отличается от
этого значения не больше, чем на 5—10°.
Для первой и промежуточных ступеней
турбины отклонение вектора скорости
с2 от осевого направления
может быть более значительным (до
20—25°). Абсолютная скорость газа на
выходе из ступени может меняться в
широких пределах, достигая 300—400 м/с,
в зависимости от расположения ступени
в турбине и температуры газов. Характерной
величиной является число Маха на выходе
из рабочего колеса, которое для турбин
ТРД и ТРДД обычно не превосходит значений
= 0,45 ... 0,55, но в последних ступенях ТВД и
вертолетных ГТД с целью сокращения их
габаритных размеров доводится иногда
до 0,65—0,7.
Параметр u /с1. Этот параметр характеризует (совместно с углом 1, определяющим направление скорости с1 на выходе из соплового аппарата, см. рис. 6.3) кинематику потока (форму треугольника скоростей) перед рабочим колесом. В ступенях турбин авиационных ГТД обычно u/с1 =0,6 ... 0,76.
Коэффициент нагрузки ступени
.
(6.18)
Это коэффициент определяет работу, которую можно получить в ступени при данной окружности скорости. В турбинах авиационных ГТД он равен обычно 1,2—1,8, причем большим его значениям соответствуют меньшие значения КПД ступени.
Профилирование лопаток ступени турбины
Указанные выше параметры ступени турбины либо относятся к среднему радиусу её рабочего колеса, либо представляют собой осредненные по всей высоте её лопаток величины. При более детальном анализе необходимо учитывать изменение многих из них по высоте лопаток СА и РК турбины. Профилирование сопловых и рабочих лопаток в каждой ступени турбины (как и в ступени компрессора) сводится к расчету изменения формы треугольников скоростей по высоте лопатки и к последующему определению необходимых параметров турбинных решеток, которые соответствовали бы этим треугольникам скоростей (т.е. обеспечивали бы их выполнение). В основе этих процедур лежат те же соотношения и методики, которые были рассмотрены нами для ступени осевого компрессора.
В турбинах авиационных ГТД обычно применяются ступени, спрофилированные по закону постоянной циркуляции (с1u r1 = const, с2u r2 = const), или ступени, у которых угол между вектором с1 (на выходе из соплового аппарата) и плоскостью вращения РК не изменяется по радиусу (1 = const). В последнем случае изменение параметров потока в ступени по радиусу не очень существенно отличается от того, которое имело бы место при постоянстве циркуляции, но неизменность угла выхода газового потока из соплового аппарата по высоте его лопаток упрощает технологию их изготовления.