Рабочий процесс в РК отличатся тем, что происходит во вращающихся межлопаточных каналах. По этой причине расширение газа в РК можно рассматривать как в абсолютном, так и в относительном движениях. Если учесть, что абсолютная скорость течения в РК определяется как векторная сумма , то следует ожидать значительного усложнения расчетных соотношений между параметрами потока в абсолютном движении. В расчетной практике чаще рассматривают связь между параметрами потока рабочего венца в относительном движении, а переход к параметрам абсолютного движения выполняют лишь для сечений на входе в РК и на выходе из него на основе планов скоростей ступени, возможные варианты которых приведены на рисунке 4.17.
Рисунок 4.17 – Возможные варианты планов скоростей ступени осевой турбины: а - a2< 90° и b1< 90°; б - a2 > 90° и b1 > 90°
Из планов скоростей следует, что при известных параметрах на выходе из СА скорость определяется из выражения:
| 4.58 |
если и (рисунок 4.17,а), или
| 4.59 |
если и (рисунок 4.17,б).
При этом , а .
Температура торможения может быть найдена из очевидного соотношения (см. рисунок 4.16):
| 4.60 |
Откуда
| 4.61 |
Давление торможения можно определить по уравнению изоэнтропы (1*w-1) (см. рисунок 4.16):
| 4.62 |
Как видно, приведенные выше соотношения позволяют осуществить переход от параметров абсолютного движения к относительному в сечении на входе в РК.
Дальнейшее рассмотрение процесса расширения газа в каналах РК целесообразно, как и в случае СА, проводить на основе i-s-диаграммы (рисунок 4.18).
Рисунок 4.18 – i-s - диаграмма процесса расширения в каналах РК
В относительном движении процесс расширения газа в РК является энергоизолированным, поэтому имеет место соотношение:
| 4.63 |
откуда следует:
| 4.64 |
Откуда в свою очередь:
| 4.65 |
Нетрудно видеть, что .
Величина при известных и определится как разность:
| 4.66 |
Тогда изоэнтропическая скорость истечения газа может быть найдена из соотношения:
| 4.67 |
Действительная скорость из-за наличия потерь (см. рисунок 2.6.2) меньше и определяется по аналогии с венцом СА с помощью коэффициента скорости :
| 4.68 |
Диапазон возможных значений ступеней современных турбин составляет 0,94…...0,96. Аналогично СА можно записать:
| 4.69 |
Снижение давления торможения в венце РК, аналогично венцу СА, оценивается с помощью коэффициента восстановления полного давления:
| 4.70 |
который также зависит от и . При и величина выбирается в интервале 0,96...…0,98.
Статические параметры газа на выходе из РК определяются через соответствующие газодинамические функции потока:
| 4.71 |
При известной геометрии проточной части РК и заданном расходе Gг по уравнению неразрывности может быть найден угол выхода потока из рабочего венца. Для продуктов сгорания керосина это выражение имеет вид:
| 4.72 |
При известном b2 легко определяются все элементы выходного треугольника скоростей (см. рисунок 2.6.1):
в относительном движении –
| 4.73 |
в абсолютном движении –
| 4.74 |
Угол выхода потока в абсолютном движении определяется по следующим соотношениям (рисунок 2.6.1):
| 4.75 |
Переход к параметрам потока в абсолютном движении осуществляется следующим образом:
вычисляется температура торможения :
| 4.76 |
по уравнению изоэнтропы (2-2*) (см. рисунок 2.6.2) определяется давление торможения :
| 4.77 |
Найденные значения и позволяют определить мощность ступени и :
| 4.78 |
где (здесь и определяются по температурам и ),
| 4.79 |
(здесь - определяется по температуре ).
Полученные значения и сравниваются с потребными, которые закладываются на этапе предварительного расчeта турбины. Если рассчитанная ступень не соответствует заданным пределам, то, изменяя в допустимых интервалах , , , а также , можно добиться (провести оптимизацию параметров) потребных значений и .