МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВЫХ ТУРБИН

Как и у компрессора, форма лопаток каждого венца турбины соответствует форме треугольников скоростей только на одном (рас­четном) режиме работы турбины. В различных условиях эксплуа­тации ГТД частота вращения ротора, температура газа на входе и другие парамеры, определяющие режим работы турбины, могут изменяться в значительных пределах. Это приводит в конечном счете к измене­нию КПД, работы на валу и других параметров турбины. Для анализа особенностей работы турбины в различных условиях эксплуатации двигателя необходимо иметь возможность определять значения КПД (или работы на валу турбины) и расхода газа через неё в зависимости от режима работы турбины, который может быть охарактеризован температурой и давлением газа на входе ( ), частотой вращения ( ) и степенью понижения давления газа в турбине ( или ). Зависимость КПД турбины (или работы ) и расхода газа через неё от частоты вращения , параметров газа на входе и степени понижения давления (или ) определяются с помощью характеристики турбины.

Характеристики турбин, так же как и характеристики компрес­соров, могут быть получены либо экспериментально, либо расчет­ным путем. Экспериментальные характеристики при надлежащем моделировании реальных условий работы турбин и тщательной ор­ганизации системы измерения их параметров являются наиболее достоверными, но требуют для своего получения сложных и доро­гих установок, особенно в связи с высокой температурой газа на входе. Поэтому в инженерной практике в настоящее время используются главным образом характеристики, полученные расчетом.

Расчетные методы до последнего десятилетия основывались на результатах обобщения экспериментальных данных по характеристикам турбин, характеристикам турбинных решеток профилей и по потерям в лопаточных венцах СА и РК турбин. В последние годы стали активно развиваться методы, основанные непосредственно на решении (на мощных ЭВМ) уравнений движения вязкого газа в лопаточных венцах турбины с привлечением той или иной модели турбулентности. Однако расчет характеристик турбин, лопатки которых охлаждаются воздухом, требует учета особенностей процессов теплопередачи и смешения потоков газа и охлаждающего воздуха, что существенно затрудняет создание достоверных методов расчета.

Так же как и при построении характеристик компрессоров, для уменьшения числа параметров, подлежащих учету при испытаниях турбины (или её модели) или в процессе расчета, характеристики турбины представляются в виде взаимосвязи критериальных параметров (связанных с критериями подобия), введение которых основано на теории подобия физических явлений.

Не повторяя выводов, проведенных нами на предыдущих лекциях применительно к ком­прессорам, укажем, что при представлении характеристик турбин в каче­стве критериальных параметров используются:

- параметр частоты вращения ,связанный с ;

- параметр расхода газа , пропорциональный .

(Для упрощения записи иногда параметр обозначают символом , а параметр - символом ).

Кроме того (как и для компрессоров), используются безразмерные параметры: и . Может использоваться также параметр работы на валу турбины

или .

При этом, в отличие от компрессора, для турбины нельзя ввести понятие приведенныхпараметров, так как не существует стандартных значений температуры и давления на входе в неё. Поэтому для исключения неудобных единиц измерения вместо параметра используется пропорциональный ему параметр, обозначаемый и равный отношению окружной скорости рабочего колеса первой ступени на его среднем радиусе к критической скорости потока газа на входе в турбину .

Кроме того, необходимо учитывать, что параметр расхода слабо изменяется или совсем не изменяется (как это будет показано ниже) при изменении режима работы турбины. Поэтому рассматривается не зависимость и КПД от и параметра расхода (как в компрессорах), а зависимость КПД и параметра расхода от параметра частоты вращения и (или ).

С учетом сказанного,характеристикой турбины называют зависимость её КПД, параметра работы и параметра расхода газа от параметра (или ) и степени понижения давления, т.е.