Геометрические параметры ступени

Средним диаметром в теории осевых компрессоров принято рассматривать такой (рис.5.1), который делит кольцевую площадь на входе в РК на две равные части:

 

(5.8)

 

часто его называют средним геометрическим. Пользуются и понятием среднего арифметического:

 

(5.9)

 

Относительный диаметр втулки (втулочное отношение): для первых ступеней многоступенчатых компрессоров в стационарном газотурбостроении d1 = 0.5 ÷ 0,7, в авиадвигателестроении d1 = 0,35 ÷ 0,6; для последних ступеней желательно иметь d < 0,85 ÷ 0.9. С повышением быстроходности компрессора d1 снижается.

Осевые ступени характеризуются также относительным удлинением лопаток РК , где lр = 0.5(Dк – Dн) – высота рабочей лопатки на входе; bр–хорда лопатки на среднем диаметре. Удлинение направляющих лопаток . Парусностью рабочих и направляющих лопаток на­зывают и . Парусность больше единицы, т.е. увеличение хорды к периферии, используют для обеспечения оптимальной густоты решетки по всей высоте лопаток. Удлинения желательно иметь в пределах 2,5 ÷ 4,5 для первых ступеней и около 1,5 для последних. Для высоконагруженных ступеней целесообразны удлинения в пределах 1 ÷ 1.5. При выбранном относительном шаге величина удлинения определяет число лопаток. Оптимальный относительный шаг для дозвуковых ступеней = 0,5 ÷ 1,0, а относительная густота = 1 ÷ 2. Для сверхзвуковых ступеней оптимальны более густые решетки.

Характеристики решеток профиля

Типичные про­фили (рис.5.3) имеют средние линии с мало изменяющейся кривизной, часто в виде дуги окружности (в дозвуковых ступенях). Решетка профилей характеризуется: хордой профиля b, шагом t, углом атаки i, углом отставания потока δ,углом изгиба профиля ε.

Рис. 5.3. Геометрические параметры решетки профилей.

 

Угол атаки i = (где и – соответственно геометри­ческий и поточный углы). Наличие угла отставания потока ε связано с тем обстоятельством, что решетка поворачивает поток на меньший угол, чем ε. Угол ε = . Направление потока за решеткой определяется , .Чем гуще решетка, тем меньше δ. Обычно δ <4 ÷ 6°. Профили характеризуются также координатой максимальной толщины хc, координатой максимального прогиба средней линии хf, максимальной толщиной профиля стax, углом установки профиля γуст. Обычно используют относительные величины , и .

 

Газовые турбины

Турбина состоит из ряда последовательных ступеней. Каждая ступень включает в себя направляющий аппарат и рабочее колесо. Ступень турбины представляет собой обращенную компрессорную ступень, в которой происходят преобразования энергии обратные протекающим в компрессорной ступени, вследствие чего в лопаточном аппарате турбинной ступени происходит процесс расширения рабочего тела.

Лопатки рабочего колеса, находясь в потоке рабочего тела, движутся с окружной скоростью U. Относительная скорость потока W, определяется из входного треугольника скоростей. На выходе из рабочего колеса поток обладает относительной скоростью W2. Построение выходного треугольника скоростей позволяет определить выходную скорость С2, с которой рабочее тело поступает в следующий направляющий аппарат и где происходит дальнейшее преобразование энергии. Снижение абсолютной скорости осуществляется за счет преобразования кинетической энергии потока в механическую. Все углы треугольники скоростей обычно отсчитывают от оси, совпадающей по направлению с вектором окружной скорости. Турбинные ступени подразделяются, как и компрессорные, на два типа: активные и реактивные ступени (степень реактивности определяется аналогично (5.7)). В активной ступени турбины преобразование теплоперепада осущест­вляется в теплообменном аппарате. За оси координат принимается ось A и U – параллельная оси машины рис. 5.4.

 

 

Рис. 5.4. Активная ступень турбины.

I - направляющий аппарат; II - рабочее колесо.

Р0 - Р2 - изменение давления в ступени; С0 - С2 - изменение скорости.

 

В активных ступенях турбины относительная скорость рабочего тела на вхо­де и выходе по величине не меняется |W1| = |W2|. Сила в активной ступени воз­никает вследствие изменения направления движения рабочего тела.

 

 

Рис. 5.5. Реактивная ступень турбины.

 

В реактивной ступени (рис. 5.5) преобразование рабочего тела (изменение давле­ния) осуществляется как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате. И в этом случае вращающий момент создается как вследствие изменения направле­ния движения потока, так и силе реакции из-за изменения давления.