Формы проточной части многоступенчатых турбин.

Формы ПЧ многоступенчатых турбин. При конструировании отдельных блоков (каскадов) многоступенчатой турбины с расположенными непосредственно друг за другом отдельными ступенями (или в случае одноблочной конструкции) возможны различные формы проточной части в меридиональном сечении. Наиболее характерные три формы ПЧ показаны на рис. 8.55, где их сравнение проведено при одном и том же значении наибольшего (габаритного) диаметра и одной и той же высоте лопатки последней ступени турбины (имеющей наибольшую длину). Основные конструктивные размеры многоступенчатой турбины обозначаются по типу рис. 8.31.

Проточная часть с D _т=const (рис. 8.55, а) позволяет получить наибольшие значения окружных скоростей во всех ступенях, что можно использовать для уменьшения числа ступеней или для увеличения значений их коэффициентов нагрузки. Ее достоинством является также цилиндричность наружного обвода меридионального сечения турбины _н=0. В этом случае величина радиального зазора не изменяется при взаимном осевом смещении ротора и статора турбины, обычного при работе двигателя.

Недостатком такой формы проточной части является повышенная масса (при том же числе ступеней) из-за больших диаметральных размеров дисков и их толщины (из-за большой окружной скорости на их периферии). К числу недостатков следует отнести повышенные вторичные и концевые потери в первых ступенях из-за малых высот лопаток этих ступеней (, так как средние диаметры в этих ступенях при D_т=const получаются повышенными). Повышенные значения угла _вт могут привести к отрыву потока у корня, тем более, что в этих сечениях, где степень реактивности мала, поток характеризуется и малой степенью конфузорности.

Проточная часть с D _вт=const (рис. 8.55, в) при том же числе ступеней, что и в случае с D _т=const (рис. 8.55, а), в принципе могла бы иметь меньшую массу, чем другие проточные части. Однако пониженные значения окружной скорости в первых ступенях могут чрезмерно увеличить коэффициенты нагрузки, для снижения которых целесообразно увеличить число ступеней, и тогда выигрыша в массе всей турбины может и не быть. Ограничивать применение такой проточной части будет также величина угла _н (т. е. потери от меридиональности) и, кроме того, при _н≠0 труднее обеспечить неизменность величины радиального зазора при работе двигателя. Такая ПЧ может оказаться целесообразной у турбин маломощных двигателей с малым расходом газа, когда при выборе основных размеров турбины важно обеспечить приемлемые высоты лопаток. У турбин, выполняемых по схеме (рис. 8.55, в), высота рабочей лопатки на входе получается наибольшей по сравнению с другими возможными формами, проточной части, так как D _cpI в этом случае получается пониженным.

Рис. 8.55. Типовые формы меридионального сечения проточной части многоступенчатых турбин

Проточная часть с D _cp=const (рис. 8.55, б) является промежуточной. Ее основным достоинством является равномерное распределение угла уширения меридионального сечения проточной части (_н=_вт) по наружному и корневому диаметрам проточной части. При проектировании турбины следует не допускать повышенных значений углов раскрытия (рекомендуются _{н (вт)}≤20...25°), для чего выбираются соответствующие значения удлинения лопаток. На практике часто применяются комбинированные и промежуточные формы ПЧ (рис. 8.53).