Файл: Кононов, Н. И. Газовые турбины. Теория и расчет учебное пособие.pdf

площади выходного сечения диффузора, которая для прямо­ осного кольцевого диффузора определяется углом расхожде­ ния стенок и длиной диффузора. Угол расхождения стенок

его не должен превышать IU -I20, и пользоваться увеличе­ нием этого угла для увеличения площадки поперечного сече­ ния диффузора нецелесообразно. Поэтому площадь выходного сечения диффузора можно увеличить в основном за счет уве­ личения его длины.

Наметив предельные габариты диффузора, можно найти площадь его выходного сечения при приемлемом угле расхож­ дения и по уравнению сплошности оценить минимальное (пре­ дельное) значение скорости с3 .

По графику (рис. 57) видно, что выбор малых отношений

с3

-jr- потребует существенного увеличения длины диффузора.

ны диффузора почти в полтора раза. Поэтому малые отноше-

142

£

ния -^г следует принимать только в том случае, если для

установки диффузора в осевом направлении нет ограничений.

применением диффузора большой длины, имеющего низкое зна­

трубопроводов и дымовой трубы. Ориентироваться приходится на допустимые значения скорости с,3 , которые для турбин

фузором. Это снижение происходит только за счет наличия

143

Г Л А В А 8

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ТУРБИНЫ

§ 1 . Причины применения многоступенчатых турбин

Для получения высокого значения к .п .д . ступени необхо­ димо, чтобы рабочее колесо обладало определенной скоро­ стью:

1ал)

При увеличении располагаемого теплоперепада на турбину

для поддержания (-jr~)apt потребуется увеличение окружной

580 м/с. При таких значениях окружных скоростей трудно обеспечить прочность ротора газовой турбины. Поэтому исиодьзовать повышение окружной скорости для повышения к .п .д . недопустимо.

Практически допустимые значения окружных скоростей ограничиваются прочностью рабочего колеса я она при больвих теплонерепадах значительно меньше H0ptРабота турби­

ны с IK liopt будет мало экономичной, так как

потеря с выходной скоростью возрастает, понижая к .п .д . турбазы.

Длн устранения указанных трудностей и полученяя высо­ ких значений к .п .д . применяют многоступенчатые турбины.

В ятом случае используются практически нркеыдемые окруяшне скороств, а оптимальное отношение скоростей обеспе-

14+

чивается за счет уменьшения скоростей газа и соответст­ венного уменьшения срабатываемого в ступени перепада теп­ ла. К многоступенчатым турбинам относятся турбины со сту­ пенями скорости и турбины со ступенями давления.

Турбины со ступенями скорости. Для турбины с двумя ступенями скорости (рис. 58) вычерчены треугольники ско­ ростей вместе с профилями лопаточных каналов и сопла.Обыч-

I но треугольники скоростей изображаются порознь для каждой

Сопла

(i напрабляющои аппоратУ

C*tu jcji

145

ступени скорости, как это-показано на рис. 58,6 методом, аналогичным методу для отдельной ступени.

Весьма существенно установить зависимость между задан­ ной окружной скоростью турбины и числом вендов, которое

Здесь через zCKобозначено число ступеней скорости. Зна­ чит, для получения максимального к .п .д . с увеличением числа ступеней скорости требуется уменьшение окружной ско- . рости. При указанных предпосылках максимальные значения

к.п .д . турбин будут одинаковыми. Но в действительности

сувеличением числа ступеней скоростей будут возрастать потери течения и к .п .д ., который можно достигнуть, будет

падать, что и демонстрируется наглядно графиками(рис.59),

146

представляющими зависимость окружного к .п .д . ступени от

— и числа ступеней скорости.

По графику видно, что турбина с двумя ступенями скоро­ сти имеет более высокий к .п .д ., чем одноступенчатая тур­

бина, при отношении скоростей — < 0,25, а турбина с тре-

мя ступенями скорости - соответственно при — < 0,17. По­

этому при указанных значениях отношений скоростей имеет смысл их применять. Применение степени реактивности на рабочих и направляющих венцах позволяет повысить макси­ мальное значение к .п .д . турбины и повысить целесообразный диапазон их использования до более высоких значений отно­

шений скоростей (при z = 2 до Ч < 0,35). Однако при всех

обстоятельствах к .п .д . турбины со ступенями скорости всег­ да ниже максимального к .п .д . одноступенчатой турбины. Последнее обстоятельство ограничивает применение турбин со ступенями скорости в корабельных ГТУ. Наибольшее при­ менение могут получить турбины только с двумя ступенями скорости, имеющие наибольший к .п .д . для подобных турбин. Они могут быть использованы для привода вспомогательных механизмов.

Вторым существенным недостатком турбин со ступенями скорости является неравномерное распределение работы по рабочим венцам турбины. Так, на первом венце совершается до 75% всей работы турбины, а остальная часть приходится на второй венец. В то же время размеры облопатывания вто­ рого рабочего венца ввиду малых скоростей газа бывают значительными. Это затрудняет обеспечение прочности обло­ патывания второго венца. Перераспределения работы между венцами и уменьшения высоты рабочих лопаток второго венца можно достигнуть, применяя в направляющем и рабочих вен­ цах небольшую степень реактивности, суммарное значение которой может доходить до 0,20-0,30.

147

Турбины со ступенями давления. Как указывалось выше, для получения высоких значений к .п .д . турбины идти по пути чрезмерного увеличения окружной скорости недопустимо. Снижение же окружных скоростей до выработанных практикой допустимых корм при условии сохранения наивыгоднейшего

отношения скоростей — возможно только при условии сниже-

Ct

ния скоростей газа. Снижение теоретических скоростей в ступени возможно только при соответствующем снижении пере­ падов тепла, срабатываемых в ступени.

Полагая расширение газа от р* до р22 , обозначим распо­ лагаемый перепад тепла на турби­ ну по статическим параметрам На (рис. 60), который является сум-> мой перепада тепла изоэнтропийяого процесса расширения между статическими давлениями газа на

входе и выходе из турбины и вход-

q2

Газ из турбины выходит со скоро­

148