6.2. Схема и принцип работы ступени турбины

Ступень газовой турбиныв ГТД состоит из неподвижногосоплового аппарата(СА) и расположенного за нимвращающегосярабочего колеса(РК) (рис. 6.1). Рассечем ступень цилиндрической поверхностьюВ-Ви развернем это сечение на плоскость. В результате получим сечение решеток профилей СА и РК (рис. 6.2). Рассмотрим характерную форму профилей, межлопаточных каналов и течение газа через эти решетки.

На входе в сопловой аппарат газ имеет давление р₀, температуруТ₀ и скоростьс₀. Лопатки СА имеют большую кривизну. Угол₁, под которым выходит газ из СА обычно равен 20 … 30^о. Поэтому поперечное сечение каждой струи газа, прошедшего через межлопаточный канал СА, на выходе из него оказывается меньше, чем на входе (f_1a <f₀). Так как скоростьс₀ меньше скорости звука, уменьшение площади сечения межлопаточного канала приводит к росту скорости газового потока и, соответственно, к падению его давления и температуры (рис. 6.1), подобно разгону потока в суживающемся сопле.

Вектор скорости газа на входе в рабочие лопатки (в относительном движении) равен разности векторов скоростейи. Рабочие лопатки также имеют большую кривизну, причем их передние кромки (во избежание срыва потока) ориентируются по направлению вектора.

Ступени турбины принято разделять на активные иреактивные.В рабочем колесеактивнойступени турбины относительная скоростьw практически остается (по модулю) постоянной (так как давление газа перед и за РК одинаково). Вреактивнойступени давление газа в рабочем колесе падает () и, соответственно, относительная скорость газа растет (w₂ w₁) (рис. 6.1), так как межлопаточные каналы РК суживающиеся (f_2кf_1к, рис. 6.2).

Вектор абсолютной скорости газового потока за рабочим колесом определяется как сумма векторов относительной скоростии окружной скорости лопаток. Выход газа из ступени турбины на расчетном режиме близок к осевому, т. е. угол₂ близок к 90°.

При обтекании лопаток рабочего колеса давление на корытце каждого профиля выше, чем на спинке. Поэтому на каждой лопатке РК возникает аэродинамическая сила Р. Окружная составляющая этой силыР_uсоздает крутящий момент на валу турбины, а осевая составляющаяР_авоспринимается опорным подшипником ротора турбины.

Рис. 6.3. Треугольники скоростей

ступени газовой турбины

Треугольники скоростей в сечениях 11и22обычно совмещаются на одном чертеже (рис. 6.3), называемомтреугольником скоростей ступенитурбины.