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

раскрытия, который не доджей превосходить величины Уч41518°. Поэтому такой профиль является мало перспективных при больших расходах газа. Превышение указанного предела

будет указывать на невозможность создания турбины при выбранном профиле проточной части с таким числом ступеней. В этом случае потребуется увеличение числа ступеней или изменение профиля проточной части.

Проточная часть с постоянным наружным диаметром (тре­ тий вариант) имеет ограничение по углу #8н , величину ко­ торого следует иметь не выше ?(gH^ 15+18°.

Перепад тепла от первой ступени к последней уменьшает­ ся. Применение более высоких перепадов тепла на первых ступенях позволяет несколько уменьшить температуру газа на лопатках и, при некоторых условиях, напряжения в них. Значит, повышается надежность работы турбины. Однако при­ менение более высоких перепадов тепла на первых ступенях может отразиться неблагоприятно на к .п .д . ступени. Исполь­ зование более высоких перепадов тепла вызывает увеличение углов поворота потока и снижение коэффициента 'скорости ф

и к .п .д . На основании изложенного, учитывая условия работы турбины и требования, предъявляемые к ней, производится выбор профиля проточной части турбины и тем самым наме­ чается принцип распределения перепада тепла по ступеням.

В практике корабельного газотурбостроения наибольшее применение получили профили проточных частей с постоянным средним диаметром, иди с постоянным внутренним диаметром. Распределение перепада тепла по ступеням турбины. Для определения действительного или расчетного перепада тепла

предварительно оценить коэффициент возвращенного тепла по формулам (8.32) и (8.34) или по графику (рис. 66).

Характер распределения перепада тепла по ступеням дол­ жен учитывать возможности получения необходимых значений

23S

к .п .д . турбины, обеспечения прочности облопатывания, осо­ бенно первой ступени, и получения благоприятного профиля проточной части турбины.

Положим, что распределение перепада тепла по ступеням подчинено арифметической прогрессии с разностью ± q,a или геометрической прогрессии со знаменателем q_r . Если пере­ пады тепла по ступеням уменьшаются, то разность арифмети­

Принимая во всех случаях первый член прогрессии равным единице, напишем формулы для общего члена прогрессии и значения суммы членов арифметической прогрессии:

располагаются в диапазоне от -0,5 до +0,5, а знаменателя геометрической прогрессии от 0,5 до 1,5. Однако диапазон этих значений при условии обеспечения благоприятного про­ филя проточной части с увеличением числа ступеней сокра­ щается до следующих величин:

24С

Принятие наименьших возможных значений разности или знаменателя прогрессии позволяет обеспечить наибольшую прочность первой ступени турбины. Увеличение разности или знаменателя прогрессии на 0,1 при условии использования тех же материалов и поддержания равнопрочности потребует снижения начальной температуры газа при z = 2 на 3-5°, при z = 3 на 8-10° и при z = 4 да 15-18°. Не снижая температуру газа перед турбиной, равнопрочность обеспечи­ вают заменой материала рабочих лопаток на более жаропроч­ ный.

Выбрав значение разности или знаменателя прогрессии, находятся перепады тепла на псовую и последующие ступени по формулам:

ходимо обеспечить, располагаемый перепад тепла для любой

241

Теоретическая фиктивная скорость, соответствующая рас­ полагаемому перепаду тепла на ступень, определится по ра­ венству:

(9.45)

а при известной окружной скорости сразу находится отноше-

ние скоростей Приемлемость принятого варианта рас-

пределения перепада тепла по ступеням необходимо подтвер­ дить проверкой профиля пробочной части.

Определение размеров последней ступени турбины. Габа­ риты и допустимое число оборотов многоступенчатой турби­ ны, как правило, определяются последней ступенью. Поэтому предварительный расчет многоступенчатой турбины целесооб­ разно начинать с определения основных размеров последней ступени и выбора числа оборотов турбины.

При определении размеров лопаток последней ступени существенное значение имеет выбор скорости и направления потока газа на выходе из турбины. Из турбины высокого и среднего давления газ выходит в переходный патрубок, а из турбины низкого давления - в диффузор или в выхлопной патрубок. Потери в переходных патрубках, диффузорах и вы­ хлопных патрубках существенно зависят от скорости и на­ правления потока газа. При малых скоростях газа будут и малые потери, что способствует повышению к .п .д . С другой стороны, малые скорости требуют увеличения размеров пат­ рубков, что не всегда целесообразно, особенно за ТНД, где удельные объемы газа большие. Большие размеры выхлопных патрубков потребуют больших вырезов в палубе, тем самым ухудшается возможность использования палубы для размеще­ ния на ней оружия. Большие скорости газа на выходе из тур­ бины уменьшают габариты турбины, переходных и выхлопных патрубков, ко увеличивают потери и снижают к .п .д . Чтобы избежать больших потерь в переходных и выхлопных патрубках

242

и диффузорах, желательно не допускать скорости потока до скоростей, близких к скорости звука, практически оказы­ вается нецелесообразным допускать число МСи более 0,55. Поэтому с точки зрения габаритов устройств, расположенных за турбиной, потерь в них и к .п .д . установки следует иметь число Мсг14 0,5+0,55.

На выходе из последней ступени желательно обеспечить осевое или близкое к осевому направление потока га за ,т .е .

80*90°. В этом случае не требуется установка спрям­ ляющих аппаратов, что увеличило бы осевые размеры. Обеспе­ чение осевого направления потока газа определяет и ограни­ чивает теплоперепад на последней ступени при заданной окружной скорости. Значение скорости газа на выходе из

которые позволяют оценить максимально возможное значение

(— ) ,при котором возможно при известных предпосылках

V t t T / m o х

обеспечить заданное значение ijlT .

243

должно удовлетворять рекомендованным значениям для соот­ ветствующих турбин. Величина скорости

Для ТНД следует обязательно производить проверку числа

Определив скорость c2z , ориентировочно находим некоторые характеристики последней ступени. Располагаемый перепад

0,85) (^82 . До величине располагаемого перепада тепла на­

244