3 - Стор 2
Проточна частина зDт=const (рис. 8.55 а) дозволяє отримати найбільші значення окружних швидкостей у всіх ступенях, що можна використовувати для зменшення числа ступенів або для збільшення значень їх коефіцієнтів навантаження. Її перевагою є також циліндричність зовнішнього обведення меридіонального перерізу турбіни н=0. В цьому випадку величина радіального зазору не змінюється при взаємному осьовому зміщенні ротора та статора турбіни, звичайного під час роботи двигуна.
Недоліком такої форми проточної частини є підвищена маса (при тому числі ступенів) через великі діаметральні розміри дисків та їх товщину (через велику окружну швидкість на їх периферії). До недоліків слід віднести підвищені вторинні і кінцеві втрати в перших щаблях через малих висот лопаток цих щаблів (
Проточна частина зDвт=const (рис. 8.55, в) при тому ж числі ступенів, що і у випадку зDт=const (рис. 8.55 а), в В принципі могла б мати меншу масу, ніж інші проточні частини. Однак знижені значення окружної швидкості в перших щаблях можуть надмірно збільшити коефіцієнти навантаження, для зниження яких доцільно збільшити число ступенів, і тоді виграшу в масі турбіни може і не бути. Обмежувати застосування такої проточної частини буде також величина кута н (тобто втрати від меридіональності) і, крім того, при н≠0 важче забезпечити незмінність величини радіального зазору під час роботи двигуна. Така ПЛ може виявитися доцільною утурбін малопотужних двигунів з малою витратою газу, коли при виборі основних розмірів турбіни важливо забезпечити прийнятні висоти лопаток. У турбін, що виконуються за схемою (рис. 8.55, в), висота робочої лопатки на вході виходить найбільшою в порівнянні з іншими можливими формами, проточної частини, так якDcpI у цьому випадку виходить зниженим.
Мал. 8.55. Типові форми меридіонального перерізу проточної частини багатоступінчастих турбін
Проточна частина зDcp=const (рис. 8.55 б) є проміжною. Її основною перевагою є рівномірний розподіл кута розширення меридіонального перерізу проточної частини (н=вт) по зовнішньому та кореневому діаметрам проточної частини. При проектуванні турбіни слід не допускати підвищених значень кутів розкриття (рекомендуються н (вт)≤20...25°), для чого вибираються відповідні значення подовження лопаток. На практиці часто застосовуються комбіновані та проміжні форми ПЛ (рис. 8.53).
Основні параметри турбіни. Спосіб охолодження деталей турбіни.
До основних параметрів елементарної щаблі осьової турбіни, як і раніше для осьового компресора, відносяться дві групи параметрів.Перша група– геометричні та газодинамічні (у тому числі кінематичні), параметри профілю, швидкості потоку, числа М, кути повороту, кути атаки та відставання, конфузорність течії та ін. Додругій групівідносяться специфічні параметри, введені та використовуються в теорії турбомашин – ступінь реактивності, коефіцієнт теоретичної роботи та коефіцієнт витрати. Розглянемо послідовно ці основні параметри елементарного ступеня осьової турбіни. Параметри, що належать до охолодження, становлять самостійну групу.
Як показано на рис. 8.1 (див. рис. 2.4),елементарний ступінь осьової турбіни складається з нерухомої решітки СА – статора – і розташованої після неї решітки РК – ротора, – що переміщається щодо нерухомого СА зі швидкістюu. За останнім щаблем може бути встановлений спрямовуючий апарат для забезпечення осьового напрямку потоку на вході в затурбінний пристрій (перехідний канал між турбінами, дифузор форсажної камери, реактивне сопло).
Під охолодженням газових турбін розуміютьзниження робочої температури матеріалулопаток турбін у порівнянні з вищою температурою обтікає їх газового потоку завдяки використанню різних пристроїв або систем. Охолодження турбін є частиною загальної системи охолодження різних елементів, деталей та вузлів двигуна, але має низку особливостей. Головна з них полягає в тому, що для цієї мети застосовується так зване внутрішнє охолодження з використанням теплоносія, що протікає по спеціальних внутрішніх порожнин у соплових і робочих лопатках. Крім того, слабке зниження температури матеріалу досягається також зовнішнім охолодженням за рахунок природного відведення тепла і за рахунок тепловипромінювання гарячих частин, корпусу турбіни, при охолодженні підшипників турбіни маслом, що змащує їх, при обдуві дисків турбіни. і спеціальної продування охолоджуючим повітрям замків турбінних лопаток і т. д. Такі способи зовнішнього охолодження докладно розглядаються в курсах «Конструкція двигунів» [45].
Класифікація систем внутрішнього охолодженняз використанням теплоносіїв, що циркулюють у спеціальних каналах усередині турбінних лопаток, починається насамперед із зазначеннятипу теплоносія – рідинне та газове.
Рідинне охолодження, що передбачає, як правило, замкнуту схему циркуляціїохолоджуючої рідини, має ряд переваг, зумовлених насамперед високою теплоємністю охолоджуючого теплоносія, а отже, високою ефективністю роботи такої системи охолодження. Однак конструктивні складності реалізації такої системи зробили дотепер недоцільним її застосування в авіаційних ВМД. Головні складності визначаються необхідністю забезпечити надійне ущільнення в місцях введення і виведення рідинного теплоносія з ротора, що обертається. Цих недоліків позбавлені лопатки з природною циркуляцією, що працюють за принципом термосифона, але і вони не отримали поки застосування в системах охолодження в основному через ускладнення та обтяження конструкції лопаток та дисків.
Не знайшли також застосування і в авіаційних ВМД замкнуті схеми з газовим теплоносієм, тобто системи, в яких газовий теплоносій після проходження по каналах лопатки, що охолоджується, потім охолоджується в спеціальному теплообміннику (радіаторі) і знову надходить на охолодження лопаток.
Характеристика різних способів повітряного охолодження лопаток турбіни.
Основним способом охолодженнятурбін сучасних авіаційних ВМД є спосібвідкритого повітряного охолодження.В якості охолоджуючого агента в цьому випадку використовується повітря, що відбирається за останнім (або проміжним) ступенем компресора і в деяких випадках - вентилятора . Після охолодження гарячих частин турбіни (рис. 1.5), підігріте повітря випускається в проточну частину турбіни, де поєднується з основним газовим потоком і бере участь у подальшому робочому процесі двигуна.
Системи відкритого повітряного охолодження можуть класифікуватися як за основними конструктивними ознаками, так іза способом відведення тепла від лопатки, що охолоджується, або за способом її тепловоїзахисту. За способом реалізації теплового захисту розрізняють лопатки з конвективним, плівковим (загороджувальним) і пористим охолодженням, хоча в реальній лопатці зазвичай поєднуються кілька способів. тепловідведення. В
Мал. 8.41. Конструктивна схема робочої лопатки зі змішаним поздовжньо-поперечним напрямком руху охолоджуючого повітря та петльовим рухом у поздовжньому напрямку (другий ступінь двигуна JT9D [38])
Однак найбільш повно поперечний рух охолоджуючого повітря, як доцільніше з точки зору ефективності охолодження, реалізується в лопатках з внутрішнім вставним дефлектором (або трубкою, що направляє). Як показано, наприклад, на рис. 8.42 застосування вставної трубки крім двостороннього підведення та поперечного напрямку потоку охолоджуючого повітря дає можливість забезпечити ударне (струменеве) охолодження найбільш теплонапруженої вхідної кромки лопатки. Основним недоліком лопаток з внутрішнім конвективним охолодженням є те, що зниження температури матеріалу лопатки при інтенсифікації охолодження,наприклад, за рахунок попереднього зниження температури повітря, що охолоджує, відбувається при зростанні теплового потоку через стінку лопатки (зростає «транзит» тепла).