Особенности расчета геометрии проточной части свободной турбины ТВаД

 

ГТД со свободной турбиной широко используется как в авиации (ТВаД для вертолета), так и в наземных транспортных и стационарных энергоустановках (для привода компрессоров в газоперекачивающих станциях, энергогенераторов и других потребителей). ГТД со свободной турбиной имеет то достоинство, что свободная турбина может быть спроектирована на требуемое для потребителя число оборотов. Последнее исключает необходимость использование редуктора. Поэтому основная особенность расчета свободной турбины, по сравнению с ТВД и ТНД, заключается в том, что частота вращения ротора задается.

Другим преимуществом свободной турбины является то, что силовой вал может быть направлен в сторону выхлопа газового потока из ГТД, что обеспечивает более свободный вход воздуха в компрессор ГТД.

Следует отметить, что в основном геометрия проточной части свободной турбины рассчитывается аналогично расчету геометрии проточной части турбины низкого давления.

Ниже приводится особенность расчета свободной турбины авиационного турбовального двигателя.

а) Полное давление перед свободной турбиной

,

где – коэффициент восстановления полного давления в переходных каналах между турбинами.

б) Давление за свободной турбиной

,

где – степень расширения в сопле ТВаД.

в) Внутренняя работа свободной турбины

,

где – степень понижения давления в свободной турбине.

г) Средний диаметр на входе свободной турбины

,

где 0,5…0,55 – характеристика Парсонса для одноступенчатой турбины;

0,55…0,65 – для многоступенчатой турбины;

– число оборотов свободной турбины;

– число ступеней свободной турбины.

д) Окружная скорость на среднем диаметре свободной турбины

.

ж) Кольцевая площадь на входе в свободную турбину

,

где – кольцевая площадь на выходе из турбины газогенератора

з) Площадь на выходе свободной турбины

,

где ;

;

;

и) Проточность рабочих лопаток последней ступени свободной турбины оценивается по параметру напряженности

,

где ;

– высота на выходе рабочей лопатки последней ступени свободной турбины.

к) Выбирается форма проточной части свободной турбины, и определяются диаметральные размеры и высоты лопаток на входе и выходе свободной турбины

При

; ;

; ;

; .

При схемах и величина и определяется исходя из условия обеспечения определенного ранее среднего диаметра на входе свободной турбины и выбранной величины .

При

относительный диаметр втулки на выходе свободной турбины

,

периферийный диаметр [2]

,

где ;

;

.

диаметр втулки на выходе свободной турбины

.

При

диаметр втулки свободной турбины

,

где ;

;

.

По полученным размерам вычерчивается схема меридионального сечения проточной части свободной турбины аналогично тому, как это делалось для ТВД и ТНД. Детальный расчет свободной турбины проводится так же, как и аналогичный расчет неохлаждаемой турбины низкого давления.

 

 

Глава V. Расчет пространственного потока в ступенях осевого компрессора и турбины (закрутка лопаток)