4.3. Основные параметры и характеристики турбинных решеток

Основным отличием турбинных решеток от решеток, применяемых в осевых компрессорах, является их конфузоpность, т.е. сужение межлопаточных каналов от входа к выходу (во всяком случае для соплового аппарата) и связанное с ним возрастание скорости и падение давления газа. Пограничный слой на поверхности лопаток (за исключением местных диффузорных участков) находится здесь под воздействием перепада давлений, способствующего ускорению его движения. В результате пограничный слой в турбинных решетках оказывается более тонким и значительно более устойчивым, чем в компрессорах. Это проявляется как в существенно меньших коэффициентах потерь, так и в отсутствии развитых срывных течений, которые могли бы привести к неустойчивой работе турбины.

4.4. Охлаждение лопаток турбин

Развитие авиационных ГТД характеризуется быстрым (на

20-30 град. в год) увеличением температуры газов перед турбиной, которая достигает у серийных двигателей 1500-1600 град. Одним из основных путей создания высокотемпературных турбин является интенсивное охлаждение сопловых и рабочих лопаток.

Системы охлаждения турбинных лопаток могут быть подразделены на замкнутые и открытые. В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, включающем в себя внутренние полости лопаток и теплообменник, в котором нагретый в лопатках теплоноситель охлаждается воздухом или топливом. В открытых системах воздушного охлаждения лопаток воздух, отбираемый от компрессора, используется непосредственно для охлаждения лопаток и выпускается затем в проточную часть турбины. Такие системы благодаря своей простоте получили широкое распространение, Хотя более сложные замкнутые системы могут обеспечить значительно более интенсивное охлаждение лопаток.

В авиационных ГТД используется два основных способа воздушного охлаждения лопаток:

- внутреннее конвективное охлаждение, при котором воздух проходит по каналам внутри лопатки и выпускается затем в проточную часть турбины за лопаткой;

- заградительное охлаждение, при котором воздух через систему щелей или отверстий выпускается на поверхность лопатки и создает пленку, защищающую лопатку от непосредственного соприкосновения с горячими газами.

4.5. Многоступенчатые турбины

Существуют два принципиально различных типа многоступенчатых турбин: турбины со ступенями скорости и со ступенями давления. В авиационных ГТД применяются турбины со ступенями давления, причем в общем случае ступени могут располагаться на одном или нескольких валах и могут быть разделены на группы (каскады). Число ступеней, расположенных на одном валу, составляет обычно от одной до шести.

4.6. Основные параметры турбины со ступенями давления

Турбина состоит из ряда последовательно расположенных ступеней, каждая из которых имеет сопловой аппарат и рабочее колесо. Процесс расширения газа в такой турбине состоит из последовательного (ступенчатого) понижения давления в первой, второй и т.д. ступенях.

Многоступенчатая турбина может быть охарактеризована, в основном, такими же параметрами, как и одна ступень, или аналогичными им.

Степень понижения давления в турбине определяется как произведение степеней понижения полного давления в отдельных ступенях.

Работа на валу турбины равна сумме работ ступеней

Совершенство процессов в турбине оценивается коэффициентом полезного действия, под которым понимается отношение работы, совершаемой турбиной к располагаемой работе турбины (располагаемая работа - максимальная работа при отсутствии потерь).

КПД многоступенчатой турбины обычно превышает среднее значение КПД отдельных ступеней турбины на 1-2%.

С точки зрения оценки условий работы элементов, располoженных за турбиной, важное значение имеет число М и направление потока на выходе из последней ступени.

Наличие остаточной закрутки газового потока за турбиной приводит к заметному возрастанию потерь в стоящем за ней реактивном сопле, в особенности при повышенных числах М выходящего из турбины потока.