Авиационные газовые турбины-Г.С.Жирицкий Москва 1950 стр.510
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящий труд представляет собою систематический курс по теории, расчету и конструкции авиационных газовых турби» и предназначается в качестве учебника для студентов авиационных вузов.
В курсе рассматриваются лишь газовые турбины, но не газотурбинные двигатели в целом. Это соответствует принятой в энергетике традиции: описание основных агрегатов силовой установки выделяется в самостоятельные дисциплины. Объем данной книги подтверждает целесообразность такого выделения, которое в литературе проведено также и для второго основного агрегата газотурбинного двигателя — компрессора. Теория газотурбинного двигателя в целом, камеры сгорания, вспомогательные агрегаты двигателей и их компоновка должны рассматриваться в курсах теории и конструкции газотурбинных двигателей, предусмотренных учебными планами (см. например, учебник Н. В. Иноземцева и В. С. Зуева «Авиационные газотурбинные двигатели», Оборонгиз, 1949).
Для выяснения места и значения газовой турбины в общей компоновке газотурбинного двигателя в настоящей книге рассмотрены схемы и циклы газотурбинных установок, выбор цикла и его основных параметров.
Значительное внимание уделено тепловому процессу и тепловому расчету газовых турбин самых разнообразных типов. Изложена методика как аналитического расчета, так и расчета при помощи /5-диаграммы, которая приложена к книге.
Эта часть книги в значительной мере базируется на теоретических и опытных материалах по паровым турбинам. Некоторые вопросы, однако (например, профилирование лопаток, охлаждение лопаток и др.), разработаны специально для газовых турбин» и изложены здесь настолько подробно, насколько это необходимо Для понимания процесса, происходящего в турбине, и для ее проектирования.
В разделах, посвященных конструкциям газовых турбин, да-ны> к сожалению, немногочисленные примеры конструкций основных деталей турбины и достаточно подробные расчеты ло-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ;::::::.:::;......... 3
Условные обозначения .................. 5
Введение :::::.:.:::..........: . 11
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ТЕРМОДИНАМИКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ЕЕ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Глава I Понятие о газовой турбине
§ 1. Одноступенчатая газовая турбина........... 19
§ 2. Турбины со ступенями скорости и ступенями давления . : . . 27
Глава II Газотурбинные установки
§ 3. Турбины, работающие на выхлопных газах авиамотора .... 33
§ 4. Газотурбинные установки со сгоранием при постоянном давлении 36
§ 5. Турбореактивные и турбовинтовые двигатели........ 39
§ 6. Газотурбинные установки со сгоранием при постоянном объеме 42
§ 7. Газотурбинные установки с замкнутым циклом....... 45
§ 8. Развитие и современное состояние газотурбостроения..... 49
Глава III Тепловой процесс газотурбинной установки и выбор ее параметров
§ 9. /S-диаграмма для газов.............. - 69
1. Изотерма................... 69
2. Изобара.................... 70
3. Изохора.................... 72
§ 10. Располагаемая работа турбины с постоянным давлением
сгорания ..................... 79
§ 11. Располагаемая работа турбины с постоянным объемом сгорания 83 § 12. Тепловой процесс турбовинтового двигателя, его к. п. д. и удельный расход воздуха ................. 85
§ 13. Тепловой процесс турбореактивного двигателя и его к. п. д. . . 97
§ 14. Потери на охлаждение................ 102
§ 15. Выбор типа, установки и ее параметров.......... 104
Глава IV Сопла газовых турбин и теория истечения газа
§ 16. Адиабатический процесс расширения газа в сопле.....106
§ 17. Выбор профиля сопла в зависимости от отношения давлений —• 112
Ро
Стр.
§ 18. Действительный процесс истечения газа.......... 11G
§ 19. Расширение газа в косом срезе сопел........... 125
§ 20. Расширение газа в соплах при условиях, отличающихся
от расчетных . . »................. 134
1. Суживающиеся сопла.............. 134
2. Течение со сверхзвуковыми скоростями и расширяющиеся сопла................. 138
§ 21. Газодинамические явления при обтекании решетки турбинных
лопаток ...................... 144
1. Характеристики профиля и решетки........ 145
2. Распределение давления по профилю....... 147
3. Пограничный слой я потери от трения........ 150
4. Концевые потери................ 153
5. Среднее направление потока на выходе из решетки . . . 153 6. Силы, действующие в решетке, и ее к. п. д...... 155
§ 22. Потери в сопловой решетке и основные правила ее построения 158
1. Влияние чисел Re и М.............. 1Ь9
2. Влияние размеров решетки и формы профиля..... 159
3. Выбор скоростного коэффициента <р......... 162
4. Изменение скоростного коэффициента сопел на нерасчетном режиме................. . . 163
§ 23. Расчет и построение сопел и сопловых венцов....... 164
1. Расчет сопла ................. 164
2. Расчет соплового венца (сегмента) ........ 168
3. Пример расчета расширяющегося сопла....... 169
4. Пример расчета соплового венца ......... 170
§ 24. Охлаждение сопел.................. 172
Глава V Работа газа на лопатках
§ 25. Преобразование энергии на рабочих лопатках......., ISO
§ 26. Причины, вызывающие потери на рабочих лопатках и, их опытное исследование .................. 184
1. Подсос газа.................. 185
2. Вход газа в решетку.............. 186
3. Явления, происходящие в лопаточном канале .... 188
4. Направление струи на выходе и кромочные потери ... 189
5. Шаг лопаток ................. 190
6. Параметры, влияющие на потери в лопатках, и выбор коэффициента ф................. 191
§ 27. Работа газа на лопатках................ 192
1. Осевая турбина ................ 192
2. Радиальная турбина .............. 195
3. Турбина с дисками, вращающимися в разные стороны . . 197 § 28. Определение высоты рабочей лопатки, ее профилирование и выбор шага решетки.................. 197
1. Высота лопатки ................ 197
2. Профилирование лопаток............. 199
3. Шаг решетки................. 202
§ 29. Тепловой расчет и профилирование длинных лопаток..... 205
§ 30. Охлаждение рабочих лопаток.............. 217
Глава VI К- п. д. ступени и ее расчет
§ 31. Потери в турбине.................. 220
§ 32. Выходная потеря.................. 221
§ 33. Потери вентиляционные и на трение диска в газе...... 222
•§ 34. Потери на утечки .................. 225
§ 35. Номенклатура к. п. д. турбины (ступени)......... 232
§ 36. Коэффициент отдачи на венце одной ступени (окружной к. п. д.) 236
1. Активная ступень без использования выходной скорости 237
2. Ступень с любой степенью реактивности и использованием выходной скорости ............. 239
3. Реактивная ступень со степенью реактивности р= 0,5 . 241
4. Радиальная ступень .............. 242
5. Опытные данные о к. п. д. *]0л.......... 243
6. Использование выходной скорости в реактивном сопле ТРД.................. 245
•§ 37. Окружной к. п. д. турбины со ступенями скорости...... 246
•и
§ 38. Относительный внутренний к. п. д. и выбор величины —'. . . 253
ci
1. Активная ступень ............... 253
2. Реактивная ступень .............. 254
3. Вы.бор величины —............... 256
ci
§ 39. Расчет одноступенчатой турбины............. 256
§ 40. Пример расчета одноступенчатой турбины......... 266
§ 41. Осевое усилие в турбине................ 273
Глава VII Тепловой процесс многоступенчатых турбин и его расчет
§ 42. Многоступенчатые турбины .............. 277
§ 43. Тепловой процесс многоступенчатой турбины....... 279
§ 44. Коэффициент возврата тепла.............. 282
§ 45. Выбор числа ступеней турбины и распределение между ними
теплового перепада ................. 286
§ 46. Порядок расчета турбины............... 294
§ 47. Пример расчета многоступенчатой турбины......... 308
1. Выбор числа ступеней и основных параметров .... 308
2. Детальный расчет ступеней .........• 311
Глава VIII Тепловой процесс турбины при переменном режиме
§ 48. Характеристики газотурбинных двигателей и типичные изменения параметров турбины ............... 318
1. Изменение начального давления ро......... 322
2. Изменение начальной температуры Т0........ 323
3. Изменение конечного давления ра......... 324
4. Изменение числа оборотов п........... 325
§ 49. Изменение степени реактивности и к. п. д. ступени..... 325
§ 50. Связь между параметрами газа и его расходом через турбину
(ступень) ..................... 329
Стр.
§ 51. Расчет ступени при изменившихся параметрах процесса .... 334
1. Метод проф. А. И. Приббе............ 334
2. Метод расчета, основанный на состоянии газа в конце ступени ................... 339
3. Расчет ступеней со сверхкритическими скоростями . . . 341 § 52. Расчет многоступенчатых турбин при изменившихся параметрах процесса.................... 343
§ 53. Крутящий момент и мощность турбины с переменным числом
оборотов ..................... 351
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
КОНСТРУКЦИИ ТУРБИН И ИХ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
Глава IX Детали проточной части турбин
§ 54. Сопла (направляющие лопатки) газовых турбин....... 359
§ 55. Конструкции рабочих лопаток ............. 367
§ 56. Водяное охлаждение лопаток.............. 374
§ 57. Расчет рабочих лопаток на прочность........... 378
1. Расчет лопатки на разрыв............ 378
2. Определение веса лопатки и положения центра тяжести 380
3. Расчет лопатки на изгиб.........•. . . . 381
4. Расчет бандажа . ................• 386
5. Расчет ножки лопатки.............. 387
§ 58. Колебания лопаток ................. 390
§ 59. Определение температуры лопатки ........... 401
1. Охлаждение лопатки отводом тепла в диск...... 401
2. Охлаждение полой лопатки воздухом и отводом тепла
в диск.................... 406
§ 60. Материалы для рабочих лопаток и выбор допускаемого
напряжения .................... 410
Глава X Барабаны и диски роторов турбин
§ 61. Ротор барабанного типа................ 417
§ 62. Диски. Общие формулы для их расчета.......... 419
§ 63. Диск постоянной толщины............... 422
§ 64. Диск равного сопротивления (без температурных напряжений) 424 § 65. Профилирование диска без центрального отверстия с учетом
температурных напряжений по методу проф. Б. С. Стечкина 428
1. Напряжения в диске.............. 428
2. Профиль диска................ 431
3. Напряжения в ободе и связь их с напряжениями в диске 432
4. Порядок расчета диска ............. 435
§ 66. Поверочный расчет диска любого профиля........ 436
1. Определение динамических напряжений....... 436
2. Определение температурных напряжений ...... 442
§ 67. Соединение диска с валом............... 444
§ 68. Вибрация дисков .................. 446
§ 69. Материалы для дисков и выбор допускаемого напряжения . . 449
Стр.
Глава XI Турбинные валы
§ 70. Критическое число оборотов вала ........... 452
§ 71. Расчет вала на прочность............... 457
§ 72. Определение критического числа оборотов вала, нагруженного
одним диском (между подшипниками)........... 459
§ 73. Расчет вала многоступенчатой турбины.......... 459
§ 74. Влияние гироскопического момента дисков на критическое
число оборотов................... 463
§ 75. Расчет вала с учетом гироскопического эффекта дисков .... 467
1. Консольный вал на двух опорах ......... 467
2. Вал на двух опорах с диском между ними..... 470
3. Учет массы вала................ 473
4. Определение моментов инерции.......... 473
5. Пример расчета................ 474
Глава XII Конструкции авиационных турбин
§ 76. Турбины для турбокомпрессоров наддува.........478
§ 77. Одноступенчатые турбины турбореактивных двигателей .... 481 | 78. Многоступенчатые турбины турбореактивных и турбовинтовых
двигателей.....................492
Литература.......................500
Приложения
1. Истинная молярная теплоемкость газов при постоянном давлении по спектроскопическим данным (ккал/люль град) [9] . . 502
2. Средняя молярная теплоемкость газов при постоянном давлении по спектроскопическим данным (ккал/моль град) [9] . . 503
3. Средняя весовая теплоемкость газов при постоянном давлении по спектроскопическим данным (ккал/кг град) [9] ... 504
4. Физические параметры сухого воздуха при р—735,5 мм рт. ст. 505
5. /S-диаграмма для воздуха и продуктов сгорания.....вкл.
Цена: 1000руб.
