Основные технико-экономические показатели турбины

Турбиной ГТД называют лопаточную машину, в которой происходит отбор энергии от сжатого и нагретого газа и преобразование её в ме­ханическую энергию вращения ротора. В зависимости от направления течения газа относительно оси вращения ротора различают осевые (наиболее

широко распространенные) и центростремительные турбины (рис.3.26). Современные газовые турбины состоят из 3 - 6 и более ступеней.

Рис.3.26. Схема осевой и центростремительной ступени турбины

Ступенью турбины называют совокупность неподвижного соплового аппарата (СА) и расположенного за ним рабочего колеса (РК). Показатели ступени турбины распределяются на группы следующим образом:

а) назначения

К показателям назначения турбины относятся:

1. Степень понижения (расширения) давления газа или , определяемая отношением давления заторможенного потока на входе к статическому давлению или полному давлению на выходе из ступени (из рабочего колеса).

Величина (или ) оказывает влияние на мощность турбины и параметры газового потока на её выходе. Чем больше (или ), тем больше мощность турбины и меньше температура газа на выходе из двигателя.

2. Температура газа перед турбиной . Величина оказы­вает существенное влияние на облик турбины, поскольку её реализация связана с применением системы охлаждения лопаток. Приближенно можно принять, что при 1220...1270 К - турбина неохлаждаемая (в от­дельных случаях сопловой аппарат снабжен системой охлаждения, а рабо­чие лопатки во всех случаях не имеют системы охлаждения), а при > 1270 К - турбина

охлаждаемая (сопловые и рабочие лопатки име­ют систему охлаждения). Соответственно, чем меньше , тем выше ресурс турбины.

Уровень в сочетании с (или ) оказывает влияние на мощность турбины. Чем больше , тем больше мощность турбины.

3. Производительность турбины (расход газа ). Чем больше , тем больше масса и габариты турбины.

б) технической эффективности

К показателям эффективности турбины относят:

1. Мощностной КПД , определяемый отношением разности энтальпий в действительном процессе расширения газа к таковой при адиабатном расширении:

2. Адиабатический КПД , который находится по формуле:

3. Адиабатический КПД по действительным параметрам:

Уровень имеет большое значение для турбины турбовинтовых, вертолетных и вспомогательных ГТД (где кинетическая энергия
выхлопных газов практически не используется). Чем больше , тем экономичнее эти двигатели.

Уровень важен для турбины турбореактивных и двухконтурных турбореактивных двигателей, поскольку его величина оказывает влияние на

мощность привода компрессора и вспомогательных агрегатов в этих двигателях.

Уровень показывает на гидравлическое совершенство отдель­ной ступени и всей турбины в целом.

4. Отношение (или ), где скорость истечения газа из соплового аппарата; скорость, соответству­ющая адиабатному расширению газа от полного давления на входе до статического давления

за рабочим колесом ; и - окружная скорость на среднем диаметре турбины.

Величина оказывает влияние на форму лопаток. При =0.4…0.5 рабочие лопатки оказываются более изогнутыми и нетехнологичными в производстве. Такие ступени называют активными и применяют в малоразмерных ГТД. Для современных турбин =0.6…0.7, причем, чем больше , тем больше окружная скорость вращения турбины и больше её нагруженность.