4. Характеристики турбин

На режиме работы, на который рассчитана турбина, обеспечи­вается безотрывное и безударное обтекание лопаток СА и РК. При отклонении режима от расчетного (при изменении n, Т_т*, р_г* и р_т*) нарушается соответствие конструктивных углов лопаток из­менившемуся потоку, что приводит к удару газа о лопатки РК, вы­бывающему в некоторых случаях срыв потока, изменение мощно­сти турбины и ее КПД. Для определения параметров турбины расхода газа, КПД) не только на расчетном режиме, но и во всем диапазоне изменения режимов работы используются характерис­тики турбины —- зависимости ее основных параметров от режима работы и внешних условий. Если характеристика построена в аб­солютных параметрах, например в виде зависимостей мощности .V_T и КПД _т от расхода газа G_г или и N_T от n и др. при прочих постоянных параметрах, она называется нормальной характеристи­кой.

Н а рис. 5.10 показаны треугольники скоростей газа на входе в РК при различных п, а значит, и при различных и. Как видно из рисунка, умень­шение и вызывает удар потока в корыто лопатки, а увеличение и — в спин­ку. Такой же результат получается, если изменять с₁ при n = const. Кроме по­терь на удар отклонение режима ведет к измене­нию отношения u/c₁ что также влияет на КПД. Вследствие того, что параметры турбины изменяются при отклонении режима от расчет­ного, нормальная характеристика не позволяет проводить сравни­тельную оценку отдельных режимов, поэтому применяют менее физически наглядные универсальные характеристики. В них режи­мы работы турбины характеризуются не указанными выше четырь­мя параметрами п, Т_г*, р_т* и p_т*, а двумя комплексами величин (безразмерными параметрами).

В качестве примера возможных характеристик турбины на рис. 5.11 и 5.12 приведены характеристики, представляющие собой зависимости отношений давлений р_г*/p_т от комплекса Gn/p_Г* при разных значениях параметра и зависимость отношений L_T/n² от комплекса G_n/p_r* при разных р_г*/p_T. Покажем, как с помощью этих характеристик определить мощность турбины N_т. Отложив на

рис. 5.11 значение р_т*/р_т и проведя горизонталь до пересечения с линией, относящейся к известному значению , получим зна­чение комплекса , а по его значению и известным п и р_г*, найдем расход газа G. Затем на рис. 5.12 отложим значение комп­лекса , и восстновим перпендикуляр до пересечения с лини­ей, соответствующей известному р_г*/Рт По найденному L_T/n² и из­вестному значению n определяется L_T и мощность турбины N_T = = GL_T.

4. Газодинамический расчет газовой турбины

Исходными данными для расчета являются: параметры затор­моженного потока газа на входе в турбину р.₀* Па и Т₀* К, секунд­ный расход газа через турбину G_r кг/с, частота вращения ротора п об/мин, работа турбины L_T Дж/кг, а также наружный диаметр компрессора D_K.

5.8.1. Предварительный расчет

1. Определяем параметры потока газа на выходе из турбины: температуру торможения

полное давление

Значение %* в первом приближении принимается = 0,90 ... 0,92.

2. Определяем площадь проходного сечения на выходе из тур­бины

Значениями и следует задаться в соответствии с рекоменда­циями приложения 7, выбрать по таблице газодинамичес­ких функций в зависимости от _с.

3. Выбираем значение наружного диаметра турбины равным D_T=(1,0 ... 1,15)D_K (см. приложение 7). Тогда размеры послед­ней ступени турбины: диаметр втулки

длина лопатки РК

средний диаметр проточной части

4. Определяем окружную скорость на диаметре втулки

5. В соответствии с рекомендациями (см. приложение 7) вы­бираем число ступеней турбины.

6. Работу турбины разбиваем между ступенями в соответствии с рекомендациями приложения 7.

Определяем максимальное напряжение растяжения в корне­вом сечении лопатки РК — ко­эффициент формы; ел — плотность материала лопаток, и суммар­ное напряжение в лопатках РК

где отношение определяем по рис. 5.13, для чего следует знать отношение максимального расхода газа через турбину G_max к его значению в стендовых условиях G₀.

8. Определяем температуру лопатки

9. По рис. 5.14 для известных материала лопатки и ее темпе­ратуры, при заданной длительности работы лопатки находим пре­дел длительной прочности и определяем запас прочности лопатки n=

10. Задаваясь значением числа Маха на входе в турбину М₀=0,18... …0,22, определяем:

площадь проточной части

диаметр втулки РК в этом сечении

высоту лопатки СА

9. В соответствии с рекомендациями приложения 7 определя­ем ширину решеток и осевые зазоры, вычерчиваем в масштабе проточную часть турбины и определяем угол раскрытия меридио­нального сечения проточной части.