6.7. Основные параметры многоступенчатой турбины и их связь с параметрами её ступеней

Для современных ГТД работа, которую можно получить на валу одной ступени турбины, значительно меньше, чем требуется для вращения компрессора и других потребителей мощности. Поэтому в них обычно применяются многоступенчатые турбины.На рис. 6.8 приведена схема трехступенчатой турбины ГТД, а на рис. 6.9 показан процесс расширения газа в такой турбине. Турбина состоит из ряда последовательно расположенных ступеней, каждая из которых имеет сопловой аппарат и рабочее колесо. Здесь г – сечение на входе в турбину; т – сечение на выходе из нее; 2_I 2_II, 2_III – сечения на выходе соот­ветственно из первой, второй и третьей ступеней. Процесс расширения газа в такой турбине состоит из последовательного понижения давления в первой, второй и т. д. ступенях.

Рассмотрим параметры турбины и установим связь их с параметрами ступеней, из которых состоит турбина.

Степень понижения давления в турбинеопределяется по статическому давлению на выходеили по полному давлению.Очевидно, что

, (7.1)

где степени понижения полного давления в первой, второй и т.д. ступенях, аz число ступеней.

Работа на валу турбиныравна сумме работ ступеней

. (7.2)

Располагаемый теплоперепад (адиабатная работа расширения) для многоступенчатой турбины определяется таким же образом, как и для ступени, т.е.

,

где , а теплоемкость газазависит от его состава и температуры.

Аналогично (в параметрах заторможенного потока)

.

Адиабатная работа расширения газа в турбине не равна сумме адиабатных работ расширения газа в ее ступенях. Вследствие того, что температура (и энтальпия) газа на входе во вторую, третью и т.д. ступени в реальном процессе вследствие выделения теплоты трения оказываются выше, чем в идеальном (рис. 6.9), адиабатная работа расширения газа в каждой из них повышается. Поэтому сумма адиабатных работ (располагаемых теплоперепадов) во всех ступенях оказывается больше, чем адиабатная работа расширения газа в турбине в целом на величину, эквивалентную заштрихованной на рис. 6.9 площади. Этот эффект принято называтьвозвратом теплотыв многоступенчатой турбине.

Такой же результат дает и анализ процесса расширения газа в параметрах заторможенного потока

, или , (7.3)

где коэффициент >0 называетсякоэффициентом возврата теплоты.

Коэффициенты полезного действия турбины:

• адиабатный

; (7.4)

• мощностной

(7.5)

• в параметрах заторможенного потока

. (7.6)

Средний коэффициент нагрузки ступеней турбины

, (7.7)

где окружная скорость на среднем радиусе рабочего колесаi– той ступени.

Рассмотрим далее связь между КПД турбины и КПД ее ступеней. Согласно определению КПД ступени в параметрах заторможенного потока равен. Тогда в соответствии с формулой (7.2)

.

Следовательно, согласно формуле (7.6), КПД турбины в целом равен

. (7.8)

Если КПД всех ступеней одинаков, т.е. , то. Но согласно (7.3).Следовательно,

. (7.9)

Таким образом, вследствие наличия возврата теплоты КПД много­ступенчатой турбины оказывается в (1+) раз выше, чем среднее значение КПД ее ступеней.

Обычно = 0,01...0,02, т. е. КПД турбины превышает КПД ее ступеней на 1…2%.