3.2. Необходимость применения многоступенчатых турбин.

Для увеличения мощности турбины необходимо увеличивать газовые силы, действующие на лопатки РК. Увеличить газовые силы возможно увеличением скорости движения газа в межлопаточных каналах и увеличением векторной разности *. Эти мероприятия увеличивают разность давлений на корытце и спинке лопаток.

Однако в условиях больших температур прочность материала лопаток снижается. Поэтому целесообразно применить большее число лопаток, на которые бы действовали пониженные нагрузки, допустимые для работы в таких условиях. Следовательно, лопатки РК необходимо устанавливать не на одном, а на нескольких последовательно расположенных дисках. Это возможно только применением многоступенчатых турбин.

Кроме того, при увеличении газовых сил, действующих на лопатки РК, возрастают все виды потерь в ступенях турбины (см. п.2.4). Поэтому, что бы сохранить высокий КПД, турбины выполняются многоступенчатыми. Это дает возможность уменьшить суммарные потери в ступенях турбины.

В результате: применение многоступенчатых турбин позволяет получить большую суммарную мощность при минимальных потерях.

На рис.7 показана схема и изменение параметров газа в ступенях двухступенчатой турбины. При значительной степени понижения давления на турбине в целом степень понижения давления в отдельных ступенях турбины невелика и скорости газа в межлопаточных каналах меньше, чем при той же общей степени понижения давления в одной ступени турбины.

3.3. Коэффициенты полезного действия (кпд) турбины

Оценка совершенства турбины как лопаточной машины, преобразующей энергию газа в механическую работу на валу турбины, производится по величине коэффициента полезного действия. При определении КПД полезной работой считается величина механической работы на валу турбины. Полной работой считается работа, которую можно было бы получить от расширении газа при отсутствии потерь — адиабатическая работа расширения газа. Наиболее часто применяются адиабатический КПД по параметрам заторможенного потока (*т) и эффективный КПД турбины (т).

Адиабатическим КПД параметрам заторможенного потока называется отношение механической работы турбины (Lм.т) к адиабатической работе турбины, определенной по параметрам заторможенного потока газа (L*_АД.Т):

Значения *т на расчетном режиме работы турбины составляет обычно 0,780,92.

* См. пособие «Основы теории авиационных турбовальных двигателей (ТВаД)» п.2.9.

Эффективным КПД турбины (_т) называется отношение механической работы турбины к адиабатической работе расширения газа в турбине:

Для одноступенчатых турбин ГТД _т = 0,650,75, а для многоступенчатых _т =0,820,88.

Коэффициент полезного действия многоступенчатых турбин больше, чем КПД одноступенчатой турбины и КПД отдельных ступеней. Это объясняется особенностями организации процесса расширения газа в многоступенчатых турбинах (см. п.3.2). Кроме того, снижение потерь объясняется и тем, что тепло, выделяющееся в результате гидравлических потерь в предыдущей ступени, увеличивает энтальпию, а следовательно, и работоспособность газа в последующей ступени, то есть происходит использование возвращаемого тепла трения. Однако не следует думать, что трение в предыдущих ступенях полезно. Дело в том, что речь идет об использовании в последующих ступенях малой доли тепла трения предыдущей ступени.