3.4. Схема проточной части турбины
Как видно из рис. 8, проточная часть многоступенчатой турбины выполняется расширяющейся. Объясняется это тем, что плотность газа при его расширении в СА и РК понижается от ступени к ступени, а удельный объем газа увеличивается. Поэтому, чтобы не допустить значительного роста скорости потока и, следовательно, потерь, площадь проточной части турбины необходимо увеличивать. При этом угол уширения между поверхностью втулки и корпусом турбины не должен быть более 15—20°. При большем угле уширения может произойти отрыв потока от стенок канала, что приведет к возрастанию потерь.
В существующих двигателях наибольшее распространение получили следующие схемы проточной части:
— с постоянным наружным диаметром (рис.8,а);
— с постоянным средним диаметром (рис.8,б);
— с постоянным внутренним диаметром (рис.8, в);
— с возрастающими внутренним и наружным диаметрами (рис.8, г).
Рис. 8. Схемы проточной части многоступенчатых турбин:
а— с постоянным наружным диаметром; б— с постоянным средним диаметром; в— с постоянным внутренним диаметром; г— с возрастающими внутренним и наружным диаметрами
Турбины, выполненные с постоянным внутренним диаметром (рис.8,в), наиболее просты в изготовлении. По такой схеме изготовлены турбины двигателя ТВ2-117.
В реальных турбинах при профилировании проточной части (распределении работы по ступеням) стремятся на первых ступенях назначить более высокие значения работы, что позволяет значительно снизить температуру газа в них и таким образом упростить задачу охлаждения последующих ступеней. На последних ступенях обычно несколько уменьшают работу в целях обеспечения осевого выхода газа из турбины.
4. Выходное устройство тВаД
Выходное устройство вертолетного газотурбинного двигателя (рис.1, поз.3) предназначено для отвода отработанных газов из турбины за пределы силовой установки с минимальными гидравлическими потерями. Рабочий процесс турбины не обеспечивает полного преобразования энергии газового потока в механическую работу, поэтому газ, поступающий из турбины в выходное устройство ТВаД, обладает энергией достаточной для создания некоторой реактивной тяги. В вертолетной силовой установке использование реактивной тяги затруднительно из-за режима висения вертолета и компоновки силовой установки. Следовательно, для снижения реактивной тяги двигателя газ на выходе из свободной турбины должен обладать минимально возможной энергией. Поэтому профилировка турбин производится таким образом, чтобы в них происходило избыточное расширение газа, т. е. на выходе из турбины газ имел бы давление несколько меньше атмосферного или близкое к атмосферному. Для современных вертолетных ГТД давление газа на выходе из свободной турбины составляет 0,91,08 кгс/см2. Затем при прохождении газа через расширяющееся выходное устройство происходит падение скорости его движения и, следовательно, уменьшается величина реактивной тяги. Кроме того, избыточное расширение газа в свободной турбине способствует увеличению ее мощности.
Таким образом, для вертолетного газотурбинного двигателя роль выходного устройства сводится к отводу отработанных газов за пределы силовой установки, при этом должна быть обеспечена минимально возможная скорость истечения газов (СС).
Основными требованиями, предъявляемыми к выходным устройствам вертолетных ГТД, являются:
— проточная часть выходного устройства должна обеспечивать минимальные гидравлические потери;
— простота конструкции и достаточная жесткость, прочность и жаростойкость, максимальная безопасность в пожарном отношении.
Выходное устройство вертолетного газотурбинного двигателя представляет собой расширяющийся патрубок, обеспечивающий уменьшение скорости газового потока и отвод его в сторону от оси двигателя.
Отработанный газ из турбины выходит в кольцевое пространство образованное, в зависимости от устройства двигателя, специальным газосборником или корпусом опор свободной турбины. Из кольцевой полоски газосборника газ поступает в расширяющийся канал выходного патрубка. В этом канале происходит повышение давления газа примерно до 1,3 кгс/см2, уменьшение скорости до 5060 м/с и уменьшение температуры до 773—823 К. С такими параметрами газ из выходного устройства выходит в атмосферу.
В зависимости от компоновочной схемы вертолета отвод газа выходным устройством осуществляется под таким углом, при котором исключается попадание его на конструктивные элементы вертолета.