- •36. Классификация турбомашин по направлению передачи энергии, по преимущественному направлению потока. Преимущества и недостатки различных типов турбомашин.
- •37. Классификация осевых турбомашин по форме меридионального сечения проточной части, преимущества и недостатки различных схем проточной части.
- •39. Классификация турбомашин по скорости обтекания профилей (истечения из межлопаточных каналов). Краткая характеристика указанных видов турбомашин.
- •40. Классификация турбомашин по числу валов. Обоснование необходимости применения многовальных турбомашин.
- •41. Основные показатели работы и параметры турбомашин. Требования, предъявляемые к компрессорам и турбинам.
- •42. Основные геометрические параметры проточной части, ограничения и перспективы развития параметров проточных частей.
- •43. Геометрические параметры профиля, краткий анализ и характерные значения.
- •44. Геометрические параметры решетки профилей и лопаток. Краткий анализ.
- •47. Активный и реактивный принцип работы ступени турбомашины. Кинематическая степень реактивности. Термодинамическая степень реактивности.
- •48. Распределение параметров потока по длине ступени в активных и реактивных ступенях.
- •49. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока.
- •50. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора.
- •51. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевой турбины.
- •5 2. Атакоустойчивость профиля и решетки профилей компрессоров и турбин. Характеристика компрессора по потерям (кпд). Факторы, определяющие атакоустойчивость.
- •54. Особенности характеристик центробежных компрессоров с различной формой лопаток.
- •55. Обобщенные и универсальные характеристики компрессора. Приведение параметров компрессора к стандартным атмосферным условиям. Возможные погрешности формул приведения.
- •56. Газодинамические основы рассогласования работы первых и последних ступеней компрессора (ступени и сети) на нерасчетных режимах работы.
- •59. Вращающийся срыв в компрессорах, надроторные устройства.
- •60. Изменение расхода воздуха через компрессор по частоте вращения. Регулирование компрессора с помощью перепуска воздуха.
- •61. Регулирование компрессора с помощью поворотных направляющих аппаратов.
- •62. Регулирование компрессора, 2-х и более вальная схема компрессора, изменение скольжения роторов при изменении частоты вращения.
- •63. Короткие, средние и длинные лопатки. Профилирование длинных лопаток по высоте, законы профилирования. Основные положения и уравнения для расчета планов скоростей по высоте.
- •64. Профилирование по закону постоянной циркуляции и закону постоянного угла выхода из соплового аппарата, сравнение с законом постоянной реактивности.
- •65. Профилирование по закону постоянной реактивности (твердого тела), сравнение с законом постоянной циркуляции.
- •66. Общая номенклатура потерь в решетках турбомашин, краткая характеристика видов потерь и их зависимость от основных режимных и геометрических параметров.
- •67. Дополнительные потери в турбомашинах: от нестационарности, в зазорах, на трение о диски, на охлаждение, с выходной скоростью.
- •68. Кпд турбомашин: адиабатный по параметрам торможения, адиабатный по статическим параметрам за турбиной/ступенью (мощностной), политропный.
- •69. Зависимость адиабатного и мощностного кпд от отношения u/c.
- •70. Оптимальные планы скоростей в активно-реактивной одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением u/c.
- •71. Распределение работы, кпд, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров.
- •73. Предел реализуемой в ступени турбины и отдельных лопаточных решетках работы (см. Вопрос 32). Влияние предела расширительной способности косого среза и запирания каналов по расходу.
- •74. Многоступенчатые турбины, турбины со ступенями скорости и ступеням и давления.
71. Распределение работы, кпд, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров.
В соответствии с уравнение6м энергии: ;
получим: - при велечина , следовательно ; - при величена , откуда .
Из уравнения неразрывности, записанного для сечений «вх» и «к»:
, следует, что увелечение плотности ( ) воздуха по мере сжатия его в многоступенчатом ОК должно сопровождаться либо снижением осевой скорости , либо уменьшением площади проточной части (за счет увеличения среднего втулочного диаметра).
При условии сохранения оптимальной густоты решетки снижение требует одновременного снижения (оптимальная густота ), но это ведет к уменьшению , что нежелательно.
С другой стороны, компенсируя возрастания плотности уменьшением только , можно получить слишком малые высоты лопаток, в результате произойдет снижение . С этой точки зрения целесообразно снижение на последних ступенях для поддержания высот на приемлемом уровне. Уменьшение в последних ступенях диктуется также тем, что за 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 учитывать, что снижение в пределах одной ступени не должно превышать 10..15 м/с во избежание снижения .
Наиболее приемлемым являются ступени ОК, у которых степень реактивности . Поэтому в первых ступенях МОК стремятся выдержать . По мере возрастания сжимать воздух становится труднее. Следовательно, для достижения примерно одинаковых значений со стороны лопаток РК 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 нерасчётными 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 Δwui 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%.
С оответственно 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 трёхкаскадных 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.
72. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых турбин.
Согласно уравнению неразрывности, в любом сечении турбины . Поскольку плотность в процессе расширения уменьшается, её изменения необходимо компенсировать увеличением . Поэтому .
О днако увеличение ограничено условием , поэтому на практике снижение компенсируется одновременным ростом .
Степень реактивности в многоступенчатых турбинах увеличивается от первой ступени к последней. На первых ступенях , на последних 0,4..0,45. Такое изменение степени реактивности объясняется применением в ступенях турбины в основном закона закрутки при постоянном угле. При этом законе на втулке относительно длинных лопаток могут появиться отрицательные значения Во избежание этого явления и увеличивают на последних ступенях уровень .
Распределение теплоперепада (работы) между ступенями тесно связан с формой меридионального профиля проточной части, а также выбором оптимального значения . Действительно, для получения высокого КПД необходимо, чтобы . Величина окружной скорости в проточной части подчиняется условию , для сохранения условия необходимо, следовательно, с учетом предыдущего выражения, чтобы изменялась следующим образом: . Но эквивалентна , поэтому . Из формулы видно что , действительно зависит от формы проточной части и частоты вращения.
Проточная часть с позволяет сработать наибольшее значение на первой ступени. При этом на первой ступени реализуется и наибольшее снижение температуры . Поэтому схема с постоянным концевым диаметром наиболее целесообразна в высокотемпературных турбинах, поскольку последующие ступени можно выполнять не охлаждаемыми.
В турбинах с , теплоперепад целесообразно распределять по ступеням равномерно. В результате на расчетном режиме сохраняется высокий уровень .
С , теплоперепад следует увеличивать от первых к последующим ступеням. Такие формы проточной части целесообразны для ТНД. Дело в том, что на нерасчетном режиме перераспределение происходит на последних ступенях. В результате в проточной части относительно выравниваются, и остается достаточно высоким.