84

Оглавление

36. Классификация турбомашин по направлению передачи энергии, по преимущественному направлению потока. Преимущества и недостатки различных типов турбомашин. 3

37. Классификация осевых турбомашин по форме меридионального сечения проточной части, преимущества и недостатки различных схем проточной части. 4

5

38. Классификация турбомашин по нагруженности, классификация компрессоров и ступеней компрессоров по степени повышения полного давления. Количественные значения соответствующих параметров и краткая характеристика указанных видов турбомашин. 7

39. Классификация турбомашин по скорости обтекания профилей (истечения из межлопаточных каналов). Краткая характеристика указанных видов турбомашин. 8

40. Классификация турбомашин по числу валов. Обоснование необходимости применения многовальных турбомашин. 11

41. Основные показатели работы и параметры турбомашин. Требования, предъявляемые к компрессорам и турбинам. 13

42. Основные геометрические параметры проточной части, ограничения и перспективы развития параметров проточных частей. 14

43. Геометрические параметры профиля, краткий анализ и характерные значения. 15

44. Геометрические параметры решетки профилей и лопаток. Краткий анализ. 17

47. Активный и реактивный принцип работы ступени турбомашины. Кинематическая степень реактивности. Термодинамическая степень реактивности. 20

48. Распределение параметров потока по длине ступени в активных и реактивных ступенях. 25

49. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока. 28

50. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора. 29

51. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевой турбины. 32

52. Атакоустойчивость профиля и решетки профилей компрессоров и турбин. Характеристика компрессора по потерям (КПД). Факторы, определяющие атакоустойчивость. 36

53. Зависимость работы ступени компрессора от расхода воздуха. Характеристика компрессора по напорности (степени повышения полного давления). Основные режимы работы компрессоров и границы области рабочих режимов. 39

54. Особенности характеристик центробежных компрессоров с различной формой лопаток. 42

55. Обобщенные и универсальные характеристики компрессора. Приведение параметров компрессора к стандартным атмосферным условиям. Возможные погрешности формул приведения. 44

56. Газодинамические основы рассогласования работы первых и последних ступеней компрессора (ступени и сети) на нерасчетных режимах работы. 48

57. Помпаж компрессора на малой частоте вращения ротора. Различие в газодинамической устойчивости компрессоров разной напорности. Влияние густоты решеток первых ступеней на запас газодинамической устойчивости. 49

58. Помпаж компрессора на повышенной частоте вращения ротора. Помпаж на переходных режимах, влияние параметров камеры сгорания. Общий принцип влияния на газодинамическую устойчивость параметров других узлов, образующих напорную сеть компрессора. 51

59. Вращающийся срыв в компрессорах, надроторные устройства. 52

60. Изменение расхода воздуха через компрессор по частоте вращения. Регулирование компрессора с помощью перепуска воздуха. 54

61. Регулирование компрессора с помощью поворотных направляющих аппаратов. 59

62. Регулирование компрессора, 2-х и более вальная схема компрессора, изменение скольжения роторов при изменении частоты вращения. 62

63. Короткие, средние и длинные лопатки. Профилирование длинных лопаток по высоте, законы профилирования. Основные положения и уравнения для расчета планов скоростей по высоте. 64

64. Профилирование по закону постоянной циркуляции и закону постоянного угла выхода из соплового аппарата, сравнение с законом постоянной реактивности. 65

65. Профилирование по закону постоянной реактивности (твердого тела), сравнение с законом постоянной циркуляции. 67

66. Общая номенклатура потерь в решетках турбомашин, краткая характеристика видов потерь и их зависимость от основных режимных и геометрических параметров. 68

67. Дополнительные потери в турбомашинах: от нестационарности, в зазорах, на трение о диски, на охлаждение, с выходной скоростью. 71

68. КПД турбомашин: адиабатный по параметрам торможения, адиабатный по статическим параметрам за турбиной/ступенью (мощностной), политропный. 72

69. Зависимость адиабатного и мощностного КПД от отношения U/C. 74

70. Оптимальные планы скоростей в активно-реактивной одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением U/C. 76

71. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров. 78

73. Предел реализуемой в ступени турбины и отдельных лопаточных решетках работы (см. вопрос 32). Влияние предела расширительной способности косого среза и запирания каналов по расходу. 82

74. Многоступенчатые турбины, турбины со ступенями скорости и ступеням и давления. 83

75. Параметры нагруженности, y,y^* для многоступенчатых турбин, параметры напряжений ?_т и Fn^2 84

36. Классификация турбомашин по направлению передачи энергии, по преимущественному направлению потока. Преимущества и недостатки различных типов турбомашин.

1. Основным достоинством осевых компрессоров является удобство создания многоступенчатой конструкции из последовательно расположенных осевых ступеней. Это особенно важно, так как даже при окружных скоростях и_к = 350 ... 450 м/с (и более) для получения высоких КПД степень повышения давления в одной ступени не превышает значений (у вентиляторов— 1,6 ... 1,7).

2. Другим важным достоинством осевых компрессоров является их высокая лобовая производительность. Она достигается как повышенными скоростями на входе в компрессор, так и выбором пониженных значений втулочного отношения у первой ступени = D_BTl/D_Kl - 0,3 ... 0,35.

3. Более высокое значение КПД, даже при больших

4. Приемлемое значение массовых характеристик при сверхзвуковой и трансзвуковой ступенях ОК

К числу недостатков осевых компрессоров относятся:

1. сравнительно узкий диапазон рабочих режимов (режимов устойчивой работы),

2. большое число деталей и, в частности, лопаток (несколько сотен), что усложняет их производство и увеличивает стоимость,

3. чувствительность к условиям эксплуатации (попадание пыли и других предметов в проточную часть, увеличение зазоров и как следствие снижение КПД и др.)

4. Большие осевые габариты (проблемы с жесткостью ротора, радиальными зазорами)

5. Большое число ступеней соответствует большой массе

6. Малая степень повышения давления в ступени, требует многоступенчатой конструкции

37. Классификация осевых турбомашин по форме меридионального сечения проточной части, преимущества и недостатки различных схем проточной части.

Компрессор

Форма проточной части во многом опре­деляет газодинамическую эффективность, конструктивную надёжность и технологичность. На рис. 3.9 приведены наиболее употребительные схемы проточной части.

Несомненными преимуществами схемы с D_K = const (см. рис. 3.9, а) являются:

• возможность уменьшения ζ_κ в сравнении со схемами (б) и (в) по причине более высоких скоростей и_ср;

• при одинаковом числе ступеней в схеме (а) имеют место более низкие углы поворота потока Δβ„ следовательно, лопатки ступеней более технологичны;

• независимость величины δ_ri, при осевых перемещениях ротора, следовательно, имеет место возможность назначения меньшей его величины, чем в других схемах.

Однако нужно признать, что в схеме с D_K = const

• величи­на h_{л к} наименьшая из всех приведенных схем, если у них одинаковые π_κ, G_B и А_{са к}. Естественно, при этом возникают трудности с обеспечением высокого η_ст, из-за роста потерь на пере­текание в радиальном зазоре и вторичных потерь.

• Кроме того, масса ОК этой схемы ощутимо не снижается даже при меньшем числе ступеней, так как размеры дисков последних ступеней увеличиваются (см. рис. 3.9, а).

Схема с D_вm = const (см. рис. 3.9, в) имеет наибольшую h_{л к}. Однако в этой схеме возникают трудности обеспечения высоких значений η_ст, по причине повышенных Δβ, по сравнению со схемами (а) и (б).

Поэтому широкое распространение получи­ла схема с D_cp = const, сочетающая часть преимуществ схем с D_K = const и D_BT = const и обеспечивающая более высокий η_κ .

Осевые компрессоры строятся, как правило, многосту­пенчатыми. Проточная полость образуется межлопастными каналами венцов рабочих и направляющих лопастей и по­верхностями корпуса и втулки.

В зависимости от формы внутренней поверхности кор­пуса и наружной поверхности втулки различают два ос­новных геометрических типа проточной полости (рис. 12.6):

В обоих случаях радиальная длина рабочих и направ­ляющих лопастей уменьшается в направлении от первой ступени к последней.

Изменение длины лопасти обусловлено уменьшением объема газа при сохранении постоянного значения осевой скорости. Последнее условие не является обязательным, и в некоторых случаях уменьшают осевую скорость в послед­них ступенях с целью уменьшения потерь энергии в них.

Минимальная высота лопасти последней ступени прибли­зительно 40 мм.

Изменение длины лопасти в направлении движения га­за приводит к изменению характерного для осевых машин значения втулочного отношения ν = d_вт/d_K.

Для первых ступеней ν_вх = 0,5 … 0,8, для последних ν_вых = 0,7 … 0,9.

Выясним особенности геометрических типов компрессо­ров, определяемых условиями (12.11).

1. d_вт = const; d_к = var. В этом случае втулка — ци­линдрическая и изготовление её несложно. Корневые части и крепления рабочих лопастей всех ступеней во втулке со­вершенно одинаковы. Последние лопасти в этой варианте имеют при прочих равных условиях длины, большие, чем в варианте с d_K=const. В этом легко убедиться, составляя уравнения неразрывности для обоих вариантов и полагая осевые скорости одинаковыми.

Увеличенная длина лопастей хвостовых ступеней умень­шает потери энергии в них.

2. d_вт = var; d_к = const. В этой схеме упрощаются обра­ботка корпуса и крепление в нем направляющих лопаток. Упрощаются и являются более надёжными обработка и пригонка внешних концов рабочих лопастей. Благодаря этому допускаются меньшие радиальные зазоры между концами рабочих лопастей и внутренней поверхностью корпуса, что повышает объёмный КПД ступени. Окружные скорости лопастей в этом случае выше, чем при d_вт = const; что увеличивает работу ступеней, и при заданной степени сжатия компрессора количество ступеней получается мень­шим, чем в первом случае. Недостатком этой конструктив­ной схемы применительно к малым подачам являются ма­лые длины лопастей хвостовых ступеней: КПД хвостовых ступеней снижается.

Кроме рассмотренных схем построения проточной по­лости иногда применяют и другие схемы с d_вт = var и d_K = var, не имеющие, однако, преимуществ перед рассмот­ренными.

Для стационарных осевых компрессоров применяют в большинстве случаев схему с d_вт = const.

Существенное влияние на энергетическую эффектив­ность осевого компрессора оказывает аэродинамика подво­дящего и отводящего каналов. Они конструируются, как правило, в виде спиральных и осевых каналов переменно­го сечения (конфузоров и диффузоров).

Турбина

Из (5.17) видно, что распределение величины L _{ст i}, дейст­вительно, зависит от формы проточной части турбины и частоты вращения п. На рис. 5.8 приведены возможные формы проточ­ной части турбин современных ГТД.

Проточная часть с D_K = const позволяет сработать наи­большие значения Н*_{ст i}, на первой ступени. При этом на первой ступени реализуется и наибольшее снижение температуры ΔТ*. Поэтому схема с D_K = const наиболее целесообразна в высоко­температурных турбинах, поскольку последующие ступени (кроме первой) можно выполнять неохлаждаемыми.

В турбинах с формой проточной части, выполненной при D_cр = const, теплоперепад целесообразно распределять по ступеням равномерно. В результате на расчётном режиме сохраняется высокий уровень η*_Т.

В турбинах же, где D_BT = const, теплоперепад следует увеличивать от первых к последним ступеням. Такие формы проточной части наиболее целесообразны для ТНД ТРДД. Дело в том, что на нерасчётных режимах (допустим, на крейсерском) перераспределение Н_ст, происходит только на последних ступенях. В результате Н _ст, в проточной части относительно выравниваются, и η_τ остается достаточно высоким.

38. Классификация турбомашин по нагруженности, классификация компрессоров и ступеней компрессоров по степени повышения полного давления. Количественные значения соответствующих параметров и краткая характеристика указанных видов турбомашин.

По нагруженности:

1. Низконагруженные

2. Средненагруженные

3. Высоконагруженные сверхзвуковое истечение из решеток

Классифицировать нагруженность по работе не разумно, т.к. можно получить высокую работу как за счет больших окружных скоростей (u), так и за счет больших усилий (ΔCu)

По степени повышения полного давления:

1. Вентиляторы

   1. Низконапорные вентиляторы

   2. Средненапорные вентиляторы

   3. Высоконапорные вентиляторы

2. Низконапорные компрессоры (ННК)

3. Средненапорные компрессоры (СНК)

4. Высоконапорные компрессоры (ВНК)