ТУРБИНА

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Газовая турбина предназначена для преобразования кинетической и тепловой энергии газа, выходящего из камеры сгорания, в механическую работу, необходимую для вращения ротора компрессора и агрегатов, устанав­ливаемых на коробках приводов двигателя.

Турбина является одним из основных узлов двига­теля. Она работает в условиях высоких температур, больших нагрузок и потому в значительной степени определяет надежность и ресурс всего двигателя.

Основными узлами турбины (рис. 93) являются соп­ловой аппарат а и ротор б.

Газ, имеющий высокую температуру и давление, из камер сгорания, проходя через сопловой аппарат, попа­дает на рабочие лопатки турбины. На рис. 94 показаны изменения давления Р, температуры Т, скорости С га­за в ступени турбины и треугольники скоростей.

Лопатки соплового аппарата турбины спроектированы так, что образуемые ими межлопаточные каналы су­жаются по направлению движения газа, а скорость га­за возрастает. В соответствии с ростом скорости давле­ние газа и его температура снижаются. Таким образом тепловая энергия и энергия давления преобразуются в кинетическую энергию газа. После соплового аппарата газ с большой скоростью направляется на рабочие ло­патки турбины и, воздействуя на них, приводит во вра­щение ротор турбины, который вращается с окружной скоростью U. Поэтому относительная скорость газа на входе в рабочее колесо W3 (скорость относительно ло­патки) определяется геометрическим вычитанием век­тора окружной скорости U из вектора абсолютной ско­рости С3′. В рабочем колесе турбины межлопаточные

Рис. 93. Принципиальная схема сту­пени газовой турбины: а — сопловой аппарат; б — ротор; 1 — корпус соплового аппарата; 2 — лопатка соплового аппарата; 3 — корпус турбины; 4 — лопатка турби­ны; 5 — диск турбины; 6 — внутрен­ний бандаж соплового аппарата

каналы выполнены сужающи­мися, что приводит к дальней­шему расширению газа, вслед­ствие чего относительная ско­рость потока WV возрастает до W3", а давление и температура уменьшаются. Ввиду того что в рабочем колесе значитель­ная часть кинетической энер­гии газового потока преобра­зуется в механическую работу, абсолютная скорость С3" на выходе из него меньше скорости С/.

Величину и направление абсолютной скорости газа С3" на выходе из рабочего колеса находят из треуголь­ника скоростей. Она равна геометрической сумме отно­сительной скорости W/’ и окружной скорости U. Чем меньше скорость С3", тем большая часть кинетической энергии газа преобразована в механическую работу на валу турбины.

Суммарное окружное усилие, действующее на ло­патки рабочего колеса и создающее крутящий момент, является результатом активного и реактивного воздей­ствия газового потока.

Сущность этого процесса заключается в том, что при обтекании лопаток рабочего колеса газом на каждой лопатке создается активная (аэродинамическая) сила Рл как разность давления газа на вогнутую и выпук­лую стороны’лопаток (рис. 95). Величина этого усилия тем больше, чем больше относительная скорость пото­ка и угол его поворота (т. е. угол атаки).

Одновременно на лопатки рабочего колеса действует реактивная сила, возникающая в результате ускорения потока газа в межлопаточном канале рабочего колеса. Разложив эти силы на окружное и осевое направления, получим окружные и осевые их составляющие. Сумма

Рис. 95. Схема действия сил на лопатку турбины

окружных составляющих активной и реактивной сил, приложенная к лопаткам рабочего колеса, создает кру­тящий момент, под действием которого вращается ра­бочее колесо и совершается механическая работа.

Величина окружного усилия на рабочих лопатках турбины пропорциональна изменению количества дви­жения газа в межлопаточных каналах рабочего коле­са, т. е.

Ри= —

8

где AU/’u — сумма окружных составляющих относитель­ных скоростей газа на входе и выходе из колеса.

Мощность, развиваемая турбиной, равна произ­ведению окружного усилия на окружную скорость NT =

Оставьте ответ

Вы можете использовать эти HTML теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>