Устройство турбореактивного двигателя - часть 8

 

Рис. 28. Ротор турбины. 

Рабочие лопатки изготавливаются из жаропрочного сплава, крепятся к ободу “елоч-

ным”  замком,  который  обеспечивает  свободную  посадку  лопатки - лопатка  может  ка-
чаться {рис. 29). Замок называется елочным потому, что вид его имеет форму елки. 

 

Рис. 29. Замок лопатки турбины. 

К фланцу диска крепится вал турбины, передающий крутящий момент компрессору 

и агрегатам двигателя. 

Для уменьшения утечки горячих газов по ободу диска проточены канавки лабиринт-

ного уплотнения. 

Диск турбины с лопатками и валом называют ротором. Лопатки соплового аппарата 

и диска имеют в сечении вид изогнутых аэродинамических профилей (крылышек). 

Во  время  работы  турбореактивного  двигателя  к  турбине  подходят  горячие  газы  из 

камер сгорания; газы имеют давление порядка 4 - 7 

кг/см

2

, температуру 850 - 900° С и ско-

рость 170 - 180 

м/сек. 

Рассмотрим, как изменяются давление, температура и скорость газов при протекании 

их по каналам турбины и как энергия газов преобразуется в механическую работу. Харак-
терные сечения газового потока, движущегося по каналам турбины, приведены на рис. 26: 

3—3 — на входе газов в турбину; 
а—а — на выходе газов из соплового аппарата; 

4—4 — на выходе газов из колеса турбины. 
Как  было  указано  выше,  к  лопаткам  соплового  аппарата  подходят  горячие  газы  со 

скоростью порядка 170 - 180 

м/сек. В сопловом аппарате на участке 3 - а газы, двигаясь в 

сужающемся  канале,  увеличивают  свою  скорость  движения  (за  счет  паления  давления  и 
температуры) до с

а

 =580 - 600 

м/сек. Одновременно с расширением поток газа поворачи-

вается сопловым аппаратом и направляется на лопатки колеса под углом а =20 - 28° {рис. 
30). Лопатки колеса движутся с окружной скоростью 

и. Вычтем из абсолютной скорости 

газа 

с

а

 окружную скорость вращения колеса и, получим относительную скорость газа w

а

, с 

которой газ входит в каналы рабочего колеса. В канале между лопатками колеса газ про-
должает  расширяться - его  давление  падает,  температура  уменьшается.  Работа  расши-
рения расходуется на ускорение струйки газа, движущейся в канале. 

Абсолютная скорость газа на выходе из колеса с

4

 определится как сумма окружной 

скорости колеса 

и и относительной скорости выхода газа из колеса 

W

А

. Для турбин турбо-

реактивных двигателей с

4

 = 350 - 400 

м/сек и направлена по оси двигателя. Скорость вы-

хода газов из колеса турбины меньше скорости входа газа в колесо на 150 - 200 

м/сек. 

Профили лопаток колеса подобраны так, что между ними образуются изогнутые су-

жающиеся  каналы.  При  протекании  газовой  струйки  по  каналу  происходит  поворот  ее, 
благодаря чему у частиц газа появляются центробежные силы, которые давят на вогнутую 
поверхность лопатки – “корытце”. 

На  вогнутой  поверхности  лопаток  создается  повышенноt

 

давление,  а  на  выпуклой 

стороне лопаток (па спинке) образуется пониженное давление (разрежение). 

Результирующая сила направлена под некоторым углом к плоскости вращения коле-

са (см. рис. 30). Эту силу можно разложить на две составляющие. Одна сила направлена 
по оси колеса - это осевое усилие, оно нагружает упорный подшипник. Другая сила дейст-
вует в плоскости вращения колеса; эта сила называется окружным усилием. 

В реактивной турбине при движении струйки газа в сужающемся канале между ло-

патками колеса происходит ускорение этой струйки газа. 

Относительная скорость струйки на выходе из колеса 

w

4 

больше относительной ско-

рости струйки на входе в колесо 

w

а

, что хорошо видно на рис. 30. 

За счет ускорения струйки газа возникает сила реакции, которая гоже дает окружное 

усилие. 

Таким образом, в реактивной газовой турбине окружное усилие получается в резуль-

тате поворота струйки газов в лопаточном канале и ускорения этой же струйки газа в этом 
же канале. 

 

Рис. 30. Возникновение окружного усилия от поворота струйки газа в канале между ло-

патками колеса 

Если сложить все окружные усилия, получающиеся на каждой лопатке колеса, то по-

лучим общее, суммарное окружное усилие, которое вращает диск турбины. 

Подсчитаем мощность турбины на основе учета работы расширения газов в турбине. 
Работу расширения 1 

кг газа, протекающего через турбину, определим по уравнению 

энергии потока газов: 

 
 

g

c

c

T

T

R

k

k

L

РАСШ

2

)

(

1

2

4

2

3

4

3

−

+

−

−

=

 
Газы подходят к турбине, имея температуру Т

3 

= 1148

0 

и скорость 

с

3

 = 170 

м/сек, 

а на 

выходе из турбины 

Т

4

 

= 914

0

 и с

4

 = 400 

м\сек. 

Показатель адиабаты для продуктов сгора-

ния 

k 

=1,33. 

Подставив эти значения в уравнение, получим L

РАСШ

 = 20900 (кгм/кг). 

Будем  считать,  что  через  турбину  протекает  только  воздух,  который  подается  ком-

прессором; учитывать вес топлива, сгорающего в двигателе, не будем. 

Тогда мощность турбины определится по формуле: 
 
 

.)

.

(

75

с

л

L

G

N

РАСШ

СЕК

ТУРБ

×

=

 
где G

ceк

 — секундный расход газов через турбину; L

расш

 - действительная работа рас-

ширения 1 

кг 

газов. 

Принимая С

гек

 - 60 

кг/сек 

и  L

расш

 = 20900 

кгм/кг, 

получим N

ТУРБ

 = 13900 л.с. 

Мощность, развиваемая турбиной, должна быть на 1,5 - 2%  больше мощности, по-

требляемой компрессором. Этот избыток мощности расходуется на привод вспомогатель-
ных агрегатов (насосов, генераторов, автоматов) и на преодоление сил трения в подшип-
никах и передачах. 

 
 

 
 

ПОНЯТИЕ О РЕАКТИВНОСТИ ТУРБИНЫ 

В  турбине  давление  и  температура  газов  преобразуются  в  механическую  работу. 

Разность  давлений  газов  до  турбины  и  после  нее  Р

3

 – Р

4

  называют  перепадом  давления, 

используемым  (срабатываемым)  в  турбине,  а  разность  температур  Т

3

 - Т

4

 - перепадом 

температур, срабатываемым в турбине. 

В активной турбине ускорение газов, преобразование давления и температуры в ско-

рость происходят только в каналах соплового аппарата. Давление газов здесь до и за тур-
биной одинаково. Вращение колеса активной турбины происходит только за счет поворо-
та газовых струй  в   каналах колеса. 

 

Рис. 31. К понятию о реактивности турбины 

В реактивной турбине давление перед колесом Р

а

 будет больше давления за колесом 

Р

4

. Газ расширяется не только 

В 

сопловом аппарате, но и в каналах между лопатками ко-

леса. При этом в овалах между лопатками колеса происходит ускорение газовых струек и 
возникает сила реакции -поэтому и турбина называется реактивной. 

Степень использования тепловой энергии газа в колесе реактивной турбины показы-

вает степень ее реактивности; обозначается греческой буквой ρ (ро).