12.1. Турбины турбонасосных агрегатов
12.1.1. Классификация турбин
Меридиональное сечение турбины представлено на рис.12.1.
Рис.12.1. Схемы турбин
а |
б |
активная |
реактивная |
турбина |
турбина |
1 – сопловой аппарат; 2 – турбина; 3 – лопатка турбины.
Активная. Весь перепад давления срабатывается в сопловом аппарате. В межлопаточном канале поток поворачивается, и на лопатки действует сила реакции. Часть энергии газов передаётся ротору и абсолютная скорость газа уменьшается, W1>W2.
Реактивная. Перепад давления распределяется между сопловым аппаратом и рабочими лопатками, W2>W1.
.
Окружное усилие, действующее на лопатки, определяется по теореме импульсов
.
Величина
располагаемой работы Lад,
т.е. максимально возможной работы без
потерь, определяется адиабатическим
перепадом тепла ΔНад
(теплоперепадом) от параметров газа в
заторможенном состоянии на входе в
турбину
до
давления рвых
.
Адиабатическая скорость
В
активной турбине без учёта потерь Сад
=
С1,
кинетическая энергия С
/2
эквивалентна
адиабатическому
перепаду тепла в ступени.
Турбины разделяются на:
осевые - направление потока в меридиональном сечении параллельно оси турбины;
радиальные - направление потока в меридиональном сечении перпендикулярно оси турбины.
Бывают центростремительными и центробежными, одноступенчатыми и многоступенчатыми с различной степенью парциальности - когда газ подводится по всей окружности рабочего колеса.
Параметры турбин ТНА
Потребная мощность турбины определяется как сумма потребных мощностей насоса окислителя NHO, насоса горючего NНГ и вспомогательных агрегатов Nвсп.
Располагаемая мощность турбины
[Вт],
где
ηT
-
КПД турбины;
-
расход
через турбину.
Степень
расширения газа
В открытой схеме πТ = 15 - 40. Для замкнутых схем πТ определяется графически.
Рис. 12.2. Определение πТ для замкнутых схем
Для открытых схем выбор рвых определяется давлением окружающей среды. рвых~1,3рокр.ср. чтобы выход был гарантированно сверхзвуковым. В этом случае возмущения окружающей среды не действуют на турбину.
Для замкнутых схем
рвых=рк+Δр, где
Δр~10-15 атм.
Температура газа на входе в турбину Т*вх определяется работоспособностью лопаток турбины
Т*вх
=800
1200
К.
КПД турбины.
Потери:
- гидравлические потери в сопловом аппарате Lc;
- гидравлические потери в рабочем колесе Lл;
-
с выходной скоростью. Имея определённую
скорость выхода С2
с ней теряется кинетическая
энергия
- на трение диска и вентиляционные потери за счёт парциальности LB;
- за счёт утечек газа через уплотнения LУТ;
- механические потери LM .
Внутренний КПД
где Li - внутренняя работа.
Le = Li - LM - эффективная работа турбины.
механический
КПД.
Для открытых схем ηТ=0.3-0.7.
Для замкнутых схем η~0.5.
0.1-0.3
– для открытых схем;
0.4-0.6 – для замкнутых схем.
nT=nнас.
Высота рабочих лопаток колеса турбины
D1=DT-2hЛ.
Шаг лопаток по D1; t=7-9 мм.
Ширина
лопаток
