ПОТЕРИ В ГАЗОВОЙ ТУРБИНЕ

Нет, и не может быть ни одного типа двигателя, в кото­ром преобразование энергии в механическую работу про­исходило бы без потерь.

В газовой турбине имеют место следующие потери энергии:

— гидравлические;

— тепловые;

— механические.

Гидравлические потери возникают при дви­жении потока газа по каналам соплового аппарата и колеса. Они складываются из потерь на трение газов о стенки лопа­ток (профильные потери), на образование вихрей и на перетекание газа из области повышенного давления в область пониженного давления. С этими потерями мы уже познакомились, когда рассматривали потери в ступени осевого компрессора.

Но не весь поток газов, вытекающий из соплового аппа­рата, попадает на лопатки колеса. Часть газов протекает мимо лопаток по радиальному зазору и работы не совер­шает. Это увеличивает потери в турбине.

Для обеспечения надежной и длительной работы тур­бины почти во всех турбореактивных двигателях приме­няется охлаждение воздухом соплового аппарата, диска турбины и иногда лопаток колеса. При этом воздух уносит часть тепла; это будут тепловые потери.

Перечисленные потери энергии в турбине составляют 8—12% от работы расширения газов.

Газы, покидающие турбину, обладают большой скоростью (с₄ = 400 л/сек). Для турбины это — потерянная энергия. В ТРД газы после турбины подводятся к реактивному насадку, где дополнительно разгоняются и создают, вытекая в атмосферу, реактивную тягу. Поэтому потери с выходной скоростью относятся к потерям турбины условно.

Общий коэффициент полезного действия одноступенча­той турбины равен 0,72—0,76.

Механические потери — это потери на трение в подшипниках турбины, они невелики и составляют около 1% от мощности турбины. Но этот 1% составляет в рас­смотренном нами случае около 140 л.с.

ИСТЕЧЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ

РЕАКТИВНЫЙ НАСАДОК

Газы, покидающие газовую турбину, имеют большой запас потенциальной энергии. Так, давление газов за тур­биной равно 1,5—1,8 кг/см², атемпература 600—700° С.

Поток горячих газов подводится по выхлопной трубе к реактивному насадку, в котором часть энергии газов используется на создание реактивной тяги.

Реактивный насадок преобразует давление и температуру протекающего по нему газового потока в скорость увеличивает скорость истечения газового потока.

Сила воздействия вытекающего газового потока на двигатель и есть реактивная тяга двигателя.

В зависимости от типа самолета между выхлопной тру­бой и реактивным насадком может устанавливаться удли­нительная труба.

На бомбардировщиках длина ее достигает нескольких метров.

Удлинительная труба сваривается из листов жаростой­кого сплава и покрывается тепловой изоляцией для умень­шения потерь тепла газами в окружающую среду и предо­хранения от нагрева деталей самолета, расположенных вблизи турбины.

Для уменьшения потерь при движении газового поток; по удлинительной трубе она делается расширяющейся. Ско­рость течения газа по расширяющемуся каналу умень­шается, а это приводит к уменьшению потерь на трение стенки трубы.

Реактивный насадок (его часто называют реактивным соплом) представляет коническую трубу со специально подобранной для данного двигателя площадью вы­ходного отверстия.

Изменение площади выходного отверстия изменяет тягу двигателя (так как при этом изменяется скорость истечения газов). На одном из выполненных ТРД уменьшение диа­метра реактивного насадка на 1 мм уменьшает тягу двига­теля примерно на 15 кг.

Скорость истечения газов из реактивного насадка тем больше, чем больше давление и температура газов за тур­биной.

Изменение параметров газа в выхлопной трубе и реак­тивном насадке показано на рис. 39. При движении газа по выхлопной трубе скорость его уменьшается (за счет увели­чения площади сечения трубы), а температура и давление немного увеличиваются.

Рис. 39. Изменение параметров газа в выхлопной трубе и реактивном насадке

И только в реактивном насадке за счет падения температуры и давления резко увеличивается скорость истечения, достигая на выходе 550—600 м[сек.

При полном расширении давление газов на выходе из насадка равно давлению окружающей среды. Обычно же давление на выходе Р₅немного больше давления окружаю­щей среды, так какгаз в реактивном насадке расширяется не полностью.

Площадь выходного сечения реактивного насадка оказы­вает значительное влияние на работу всего двигателя и на величину развиваемой силы тяги. Поэтому на реактивных двигателях, имеющих форсаж, устанавливают реактивный насадок с регулируемой площадью выходного сечения.