Рисунок 4.4 – План скоростей ступени осевой турбины
1. Окружная скорость на среднем диаметре . Ее величина в современных ступенях осевых турбин составляет 250...450м/с и может достигать величины 550м/с. Величина определяет значение работы совершаемой газом на лопатках турбины:
| 4.8 |
С другой стороны величина окружной скорости определяет напряженно-деформированное состояние лопаток и дисков турбины. Последнее обстоятельство особенно важно, поскольку материалы ее ротора работают в наиболее плохих условиях (центробежные и тепловые нагрузки близкие к предельным для материала). Поэтому именно прочность ротора турбины ограничивает частоту вращения ротора наиболее напряженных каскадов ВД и СД.
2. Углы потока в абсолютном движении a1, a2 (см. рисунок 4.4) характеризуют величины с1u, с2u, Dсu и следовательно работу турбины. С этой точки зрения величины абсолютных углов должны иметь небольшие значения. В этой связи угол на выход из СА a1 обычно находится в интервале 12...30°. Получения меньших значения ограничиваются технологическими сложностями при изготовлении сопловых лопаток. Величину угла на выходе из РК в абсолютном движении a2 нельзя задать столь однозначно. Это связано с тем, что a2 определяет не только работу ступени, но и потери с выходной скоростью. С последней точки зрения угол должен быть прямым a2=90°. Поэтому величина угла на выходе из РК в абсолютном движении a2 находится в интервале от 60° (что характерно для первых ступеней турбины) до a2=90±10° (для последних ступеней).
Кроме того углы выхода потока определяют осевые проекции скоростей са, площади характерных сечений и следовательно высоты лопаток hлi, от которых зависит общий уровень потерь энергии.
3. Абсолютная скорость потока на выходе из РК c2 характеризует потери с выходной скоростью. Они представляют собой кинетическую энергию струи газа, покидающего ступень турбины . Наличие этой энергии говорит о том, что не вся энергия расширения газа была преобразована в полезную мощность на выходном валу. Поскольку рабочее тело должно покидать турбину, то эти потери неизбежны. Величина скорости c2 меняется в широких пределах, достигая уровня 300...400 м/с. Но более характерной величиной является приведенная скорость lc2 на выходе из РК. Ее значение в турбинах ГТД должно находится в пределах lc2=0,4...0,6, а в турбинах ТВД и ТВаД может достигать значений 0,65...0,75.
Как отмечалось ранее, с величиной потерь с выходной скоростью связан угла на выходе из РК в абсолютном движении a2. Как видно из рисунка 4.4 минимальное значение скорости c2 и потерь с выходной скоростью будет иметь место при a2=90°.
4. В решетках СА и РК обычно происходит значительное увеличение скорости потока. В дозвуковой области это сопровождается уменьшением поперечного сечения потока, т.е. возникает конфузорность потока (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 – К понятию степени конфузорности
Конфузорность течения обычно характеризуют соотношением площадей струек на входе и на выходе f1/f2, т.е. для РК, например:
| 4.9 |
Из приведенной формулы видно, что при одинаковых значениях b2 величина KРК тем выше, чем больше угол b1 (см. рис. 4.5). Степень конфузорности течения имеет большое значение при оценке потерь энергии в венцах турбины.