Турбина. Типы турбин

1. Турбина

2. Турбина ГТД

Турбина ГТД - Лопаточная машина, в
которой происходит отбор энергии от
сжатого и нагретого газа и преобразование
ее в механическую энергию вращения
ротора

3. Типы турбин

• Осевая турбина
• Центростремительная турбина
• одноступенчатые
• двухступенчатые осевые реактивные
газовые турбины
• Реактивная газовая турбина
• Активная газовая турбина

4.

• Осевая ступень турбины - Ступень
турбины ГТД, в которой газ движется по
поверхностям, близким к
цилиндрическим
• Центростремительная ступень
турбины - Ступень турбины ГТД, в
которой газ в сопловом аппарате и
начальной части рабочего колеса
движется от периферии к центру по
поверхностям, почти нормальным к оси
вращения

5. Типы турбин

• Турбина компрессора - Ступень (ступени) турбины ГТД,
механически связанная с компрессором
Турбина вентилятора ТРДД (ТРТД) – Ступень
(ступени) турбины ТРДД (ТРТД), механически связанная с
вентилятором или вентилятором и подпорными ступенями
Турбина низкого давления - Ступень (ступени)
турбины двухвального (трехвального) ГТД, механически
связанная с компрессором низкого давления
Турбина среднего давления
Турбина высокого давления
Свободная турбина - Ступень (ступени) турбины ГТД,
механически не связанная с его компрессором, полезная
мощность которой используется для привода отдельного
агрегата

6.

• Одноступенчатой турбиной называется такая,
которая имеет сопловой аппарат и один ряд рабочих
паток.
• Реактивная газовая турбина - это такая турбина, в
которой расширение газов происходит не только в
сопловом аппарате, но продолжается и в каналах
рабочего колеса турбины.
Активной газовой турбиной называется турбина в
которой расширение газов полностью заканчивается
в сопловом аппарате. В активной турбине давление
газов до и после колеса турбины одинаковы.

7. Одноступечатая турбина

8.

9.

10.

Рабочие лопатки изготавливаются
из жаропрочного сплава,
крепятся к ободу “елочным”
замком, который обеспечивает
свободную посадку лопатки лопатка может качаться

11.

12.

LРАСШ
k
c c
R(T3 T4 )
k 1
2g
2
3
N ТУРБ
GСЕК LРАСШ
( л.с.)
75
2
4

13. В активной турбине ускорение газов, преобразование давления и температуры в скорость происходят только в кана­лах соплового

В активной турбине
ускорение газов,
преобразование
давления и
температуры в скорость
происходят только в
каналах соплового
аппарата. Давление
газов здесь до и за
турбиной одинаково.
Вращение колеса
активной турбины
происходит только за
счет поворота газовых
струй в каналах
колеса.

14. Степень реактивности

Та Т4
100%
Т3 Т4
• где Та — температура газа за сопловым аппаратом; Т4 —
температура газа за колесом турбины; Т3 — температура
газа перед сопловым аппаратом турбины.
В турбинах турбореактивных двигателей степень реактивности по среднему радиусу лежит в пределах ρ = 30—
45%.
Турбины, имеющие реактивность до 20%, все же называют
активными.

15. КРУЧЕНИЕ ЛОПАТОК

16. Изменение параметров газа в элементах газовой турбины

17. Двухступенчатая турбина

Преимущества (2-1):
- позволяет преобразовывать в механическую
работу более высокие перепады давлений;
- в каждой ступени используется меньший
перепад давления и температур; следовательно,
скорости течения газов будут меньшие,
благодаря этому потери в турбине уменьшаются
и коэффициент полезного действия
двухступенчатой турбины будет более высоким;
- небольшие перепады давлений в ступенях
- позволяют применить сужающиеся каналы
сопловых аппаратов, которые вполне
удовлетворительно работают на всех режимах
(числах оборотов) двигателя.
Недостатки двухступенчатых турбин :
- конструктивная сложность и большой вес;
- первая ступень работает при более высоких
температурах, нежели последующие, поэтому
требуется надежное охлаждение ее, что
увеличивает потери тепла;
- большая сложность в производстве.

18. Условия работы лопатки колеса

Обычно турбины турбореактивных двигателей имеют большую скорость
вращения - на некоторых двигателях она превышает 15000 об/мин.
B результате вращения в каждой лопатке возникает центробежная
сила, которая стремится вырвать лопатку из диска (рис. 37). Величина
центробежной силы, действующей на каждую лопатку, достигает 1000012000 кг.
Кроме этой силы, на каждую лопатку действует окружное усилие (40—
50 кг), стремящееся изогнуть лопатку в сторону вращения, и осевое
усилие (15—25 кг), стремящееся изогнуть лопатку по движению потока
газов.
Лопатка колеса двигается в потоке газа, вытекающего из соплового
аппарата. В связи с этим она испытывает переменные нагрузки от
струек газа. Так, когда лопатка колеса находится против канала, то на
нее действуют полное давление газа и вся величина скоростной
энергии газа; когда лопатка колеса проходит за лопаткой соплового
аппарата, то на нее действуют меньшее давление и скорость.
Эти изменения давления и скорости вызывают колебания лопатки и
дополнительные напряжения в ней.
Так как лопатка работает в потоке горячих газов, то к материалу, из
которого она изготовлена, предъявляется требование жаропрочности, т.
е. способности выдерживать длительное время нагрузки при высоких
температурах.
Ползучесть — это появление остаточной деформации в металлической
детали под действием нагрузки.

19.

20.

21. Лопатки

• Лопатка турбины с
радиальным
течением
охлаждающего
воздуха -Рабочая
лопатка турбины ГТД,
в пере которой
каналы или полости
расположены так, что
охлаждающий воздух
протекает через них
в радиальном
направлении и
вытекает в
радиальный зазор

22.

• Лопатка турбины с петлевым течением охлаждающего
воздуха -Рабочая или сопловая лопатка турбины ГТД, в полости пера
которой имеется радиальная перегородка, расположенная таким
образом, что поток охлаждающего воздуха, поступивший через
отверстие в хвостовике или ножке лопатки, течет сначала к верхнему
торцу лопатки, поворачивает на 180°, огибая верхний конец
перегородки, и направляется обратно к хвостовику

23.

• Лопатка турбины с проникающим
охлаждением - Лопатка турбины ГТД, в
полом пере которой имеются поры или
отверстия, расположенные по всей
поверхности пера и предназначенные для
выпуска воздуха, образующего защитный
слой на поверхности лопатки

24. Потери в газовой турбине

Потери энергии в газовой турбине :
• гидравлические;
• тепловые;
• механические.
Гидравлические потери возникают при движении потока газа по каналам соплового
аппарата и колеса профильные потери, на образование вихрей и на перетекание
газа из области повышенного давления в область пониженного давления.
Тепловые потери Для обеспечения надежной и длительной работы турбины почти во
всех турбореактивных двигателях применяется охлаждение воздухом соплового
аппарата, диска турбины и иногда лопаток колеса. 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.