Расчет параметров потока по радиусу ступени турбины
В турбинных ступенях могут быть принципиально применены те же законы закрутки, что и в компрессорных ступенях (-1,0< m <1,0). Однако условие отсутствия отрицательной реактивности у корня и сильной закрутки лопатки по высоте ограничивают диапазон возможного изменения показателя степени m в турбинных ступенях. При сильно закрученных лопатках существенно усложняется технология изготовления их, так как турбины в современных авиационных двигателях в основном выполняются охлаждаемыми, со сложными внутренними полостями. Избежать отрицательной реактивности у корня в некоторых случаях возможно за счет увеличения реактивности на среднем диаметре. Однако максимально возможный допустимый диапазон изменения реактивности на среднем радиусе достаточно узок ( - закон постоянства циркуляции по радиусу (m = 1), для лопаток с - промежуточный закон ( При возможных значениях угла Расчетные сечения в корневых и периферийных частях можно вычислить по формулам
где
Рекомендуется выбирать:
Осевая составляющая абсолютной скорости потока газа на входе в рабочее колесо в расчетных сечениях по радиусу определяется по формуле
где
Для случая, когда m = 0, предыдущее уравнение будет иметь вид
Для закона m = 1
Осевая составляющая абсолютной скорости потока на выходе из рабочего колеса
Для m = 0 предыдущее уравнение имеет вид
Для закона m = 1
С учетом использования ЭВМ в расчетах окружные составляющие абсолютной скорости на входе и выходе из рабочего колеса ступени удобно представлять в виде
где
Для закона
Дальнейший порядок расчета и расчетные формулы не зависят от выбранного закона закрутки и могут быть представлены в табличном виде (табл. 5.2). Численные значения, приведенные в табл. 5.2, относятся к расчету параметров по высоте рабочей лопатки первой ступени турбины хххххх для которой выбран закон закрутки Таблица 5.2
1) При отрицательном значении 2) При отрицательном значении 3) При отрицательном значении 4) Скоростные коэффициенты 5) Степень реактивности у корня должна быть положительной или равной нулю. В случае отрицательной реактивности в корневом сечении необходимо применить другой закон закрутки (с меньшим значением m) или повысить реактивность на среднем радиусе. Если принять в корневом сечении
Однако значение При изменении степени реактивности на среднем диаметре расчеты турбины по среднему диаметру необходимо скорректировать. §5.5. Компрессорные решетки с большими углами поворота потока
Проблема создания современных авиационных высоконагруженных компрессоров (с меньшим число ступеней) состоит в существенном увеличении нагрузки на ступень Для перспективных многорежимных ГТД число ступеней компрессора газогенератора должно быть не более z = 5…6 Затраченный напор в ступени или работа, затрачиваемая на вращение лопаток рабочего колеса, определяется по формуле (см. §2.1, п.6)
Таким образом, затраченный напор зависит от величины окружной скорости и разности окружных составляющих абсолютной скорости на выходе и входе в рабочие лопатки Однако большие углы поворота Диффузорность канала можно охарактеризовать углом раскрытия эквивалентного диффузора, который можно определить по формуле
Очевидно, сохранить угол раскрытия диффузора в допустимых пределах Например, на среднем радиусе Удлинение широкохордных лопаток
где В последних ступенях вентиляторов и компрессоров высокого давления, в случае использования в них высоконагруженных ступеней, часто требуются большие углы поворота потока в решетках их направляющих аппаратов В подобных случаях, как показывают результаты экспериментальных исследований и опыт создания современных компрессоров, целесообразно использовать двухрядные решетки направляющего аппарата. Двухрядная решетка представляет собой две решетки, расположенные последовательно и имеющие определенные перекрытия по фронту и оси. В основе обращения к двухрядным решеткам лежит идея о перераспределении энергии в межлопаточных каналах между различными областями потока. Как показывают выполненные экспериментальные исследования, уровень потерь полного давления в двухрядных решетках Зная угол потока
где
Рис. 5.4. Зависимость оптимального соотношения углов  от преведенной скорости  в решетках двухрядного направляющего аппарата
Тогда угол поворота потока в решетке первого ряда Полное давление потока за первым рядом определяется
где
Приведенный расход за первым рядом лопатки
По таблицам ГДФ определяется Выполненные экспериментальные исследования дают следующие соотношения геометрических размеров во взаимном расположении решеток первого и второго рядов (см. рис.5.5)
Рис. 5.5. Взаимное расположение лопаток двухрядного направляющего аппарата
Дальнейшие детальные расчеты таких ступеней проводятся аналогично тому, что представлено выше в данной работе.
|
) из-за сильного роста степени реактивности в верхних слоях и соответствующего увеличения потерь, обусловленных радиальным зазором. Стремление избегать отрицательной степени реактивности у корня уменьшением показателя m до m = -1 (m = -1 – ступень с постоянной степенью реактивности) приводит к необходимости иметь на выходе из рабочего колеса значительные окружные составляющие абсолютной скорости 
(т.е. угол 
значительно отличный от 900). Поэтому применение показателя m <0 в турбинных ступенях нерационально, тем более что уже при m = 0 наблюдается значительная неравномерность поля осевых скоростей по радиусу. Таким образом, практическое применение в турбинных ступенях в основном находят два закона закрутки:
;
), т.е. закон постоянства угла выхода потока из соплового аппарата (
).
численное значение показателя 
, лежит в пределах 0,65…0,85. Меньшие значения реализуются в ступенях с более длинными лопатками. Однако следует отметить, что в практике проектирования ступеней осевых турбин применяются иногда и другие законы закрутки.
;
,
- втулочный и наружный радиусы проточной части колеса турбины. При конической проточной части под значениями 
и 
следует понимать их значения на входе в решетку. Определяются эти значения из чертежа меридионального сечения проточной части (см. рис. 3.1).
- радиус переходной галтели (закругления) для корневого и периферийного сечения лопаток.
при h >100 мм (h – высота лопатки);
при h< 60 мм;
- в 1,5…2 раза меньше, чем 
.
, (5.12)
- относительный радиус расчетного сечения;
- периферийный радиус;
- текущий расчетный радиус.
(5.13)
. (5.14)
(5.15)
(5.16)
. (5.17)
, (5.18)
, (5.19)
;
.
,
.
на входе в рабочее колесо [расчетная формула (5.12)…(5.14)]
на выходе из рабочего колеса [расчетная формула (5.15)…(5.17)]
на входе в рабочее колесо [расчетная формула (5.18)]
на выходе из рабочего колеса [расчетная формула (5.19)]
(m =1,0)
1)
и 
приняты постоянными по высоте.
, то на среднем диаметре реактивность определится по формуле
не должно превышать 
.
при минимальном снижении КПД компрессора.
, а значения КПД компрессора не ниже 
.
.
. Последнее, в свою очередь, зависит от угла поворота потока в рабочем колесе 
. Поэтому высоконапорную ступень можно получить за счет высоких окружных скоростей или при заданных числах Маха в решетке за счет увеличения угла поворота потока в решетке 
(более 20…30) приводят к повышенным потерям в таких решетках из-за диффузорного характера течения в них и появления срывных зон.
.
при больших углах 
= 1,3…1,7.
,
- ширина решетки у корня лопатки.
.
на номинальных режимах (в зависимости от густоты решеток 
), уровень потерь в двухрядных решетках ниже, чем в эквивалентных однорядных решетках вследствие устранения срывных зон.
и приведенную скорость 
на входе в решетку направляющего аппарата, и принимая угол на выходе из решетки 
, можно, используя график (рис. 5.4), определить оптимальное соотношение
,
- поворот потока в решетке первого ряда;
- потребный угол поворота потока в Н.А.
, а угол поворота потока в решетке второго ряда 
.
,
- коэффициент восстановления полного давления в решетке первого ряда;
- коэффициент восстановления полного давления в Н.А.
.
.
.
