Для привода компрессора используются как осевые, так и радиальные центростремительные турбины. Типоразмерный ряд турбокомпрессоров (ГОСТ 9558-66) предусматривает применение осевых турбин в агрегатах наддува типа ТК-18, ТК-23, ТК-30, ТК-38, ТК-50 и ТК-64, которыми оснащаются мощные средне- и малооборотные дизели и радиальных центростремительных турбин в турбокомпрессорах типа ТКР-7, ТКР-8,5, ТКР-11, ТКР-14 и ТКР-23, используемых для форсировки быстроходных двигателей.
Расчет проводим для осевой газовой турбины.
Расход газов берем из главы 1
Температура газов перед турбиной определена в главе 1 и равна Тг = 858 К.
Принимаем скорость газового потока на входе в сопловой аппарат равной СГ = 100 м/с. Показатель адиабаты согласно /9/ равен кг =1,34. Число Маха равно
Тогда температура заторможенного потока на входе в сопловой аппарат равна
Из главы 1 находим общий КПД турбины, учитывающий и механические потери в турбокомпрессоре ηТ = 0,944. Там же определена удельная адиабатическая работа расширения в турбине
Противодавление за турбиной принимаем равным Р2 = 0,108 МПа = 108000 Па. Таким образом, давление газов перед турбиной будет равно
Задаемся степенью реактивности турбины ρ = 0,25. Удельная адиабатная работа расширения газа в сопловом аппарате равна
Принимаем коэффициент скорости соплового аппарата равным φ=0,95. Тогда абсолютная скорость потока на выходе из сопла составит
Принимаем значение параметра χ = 0,5. Находим окружную скорость
По соображениям прочности И не должна превышать 350 м/с. Это условие соблюдается.
Принимая частоту вращения ротора турбокомпрессора равной частоте вращения компрессора (определенной в разделе 6.1) nт = nк = 52170 об/мин, находим средний диаметр рабочего колеса турбины
Определяем давление, температуру и плотность газа на выходе из соплового аппарата
Проходное сечение соплового венца будет равно
Угол α1, между вектором абсолютной скорости С1 и плоскостью вращения ротора турбокомпрессора принимаем равным α1 = 20˚.
Количество сопловых лопаток (рис. 6.5) оцениваем по их шагу tc, задаваясь значением tc = 11 мм = 0,011 м получим
Принимаем ZC = 26 шт
Рис. 5.5. Колесо турбины с решеткой
Принимаем толщину выходной кромки сопловой лопатки равной δс = 1,5 мм = 0,0015 м, тогда коэффициент раскрытия лопаток аппарата находим из выражения
Радиальная длина (высота) лопаток соплового аппарата равна
Параметры газовой струи на входе в рабочее колесо определяет следующим образом.
Относительная скорость на входе в колесо равна
Температура заторможенного потока
Угол между вектором относительной скорости и направлением вращения рабочего колеса
Работа адиабатного расширения газа в рабочем колесе равна
Принимаем коэффициент скорости равным ψ = 0,9. Тогда на выходе из рабочего колеса относительная скорость газа составит
Угол между вектором относительной скорости и направлением вращения рабочего колеса выбираем для активной лопатки равным β2 = β1 – 5 = 38 – 5 = 33˚.
Принимаем шаг лопаток равным tр = 12 мм = 0,012 м, тогда число рабочих лопаток равно
