турбины вентилятора определяет число ее ступеней, причем разница в расходах воздуха и газа через вентилятор и его турбину приводит к возрастанию по мере роста степени двухконтурности. Поэтому для сокращения числа ступеней турбины целесообразно максимально увеличить ее диаметр. Увеличение диаметра турбины вентилятора ограничивается габаритными размерами обводов внутреннего контура, расположенных в канале наружного контура и влияющих тем самым на диаметральные габаритные размеры двигателя в целом. У ТРДД с малой степенью двухконтурности при относительно небольшом диаметре вентилятора эти ограничения особенно жестки, и здесь средний диаметр турбины вентилятора, как правило, не превышает среднего диаметра турбины газогенератора.

В ТРДД с большой степенью двухконтурности канал наружного контура существенно выше, и диаметр турбины вентилятора может быть увеличен, что, однако, требует конкретной компоновочной проработки. При начальном проектировании можно воспользоваться статистической зависимостью отношения средних диаметров турбины вентилятора и вентилятора в зависимости от степени двухконтурности. Отношение уменьшается при увеличении вследствие сильного увеличения диаметра вентилятора, несмотря на некоторое увеличение диаметра турбины. Проточная часть имеет уменьшающийся по ходу проточной части средний диаметр. Большой входной диаметр требует изогнутого переходника от турбины компрессора к турбине вентилятора значительной длины. В результате возрастает общая длина турбины и снижается ее КПД из-за потерь полного давления в переходнике. Такая проточная часть была реализована в нескольких зарубежных ТРДД, но в последних конструкциях двигателей не применяется.


Другие указанные выше формы проточной части турбины вентилятора имеют постоянный или повышающийся средний диаметр, что позволяет лучше согласовать проточные части турбин компрессора и вентилятора, сократить длины переходного канала и потери в нем, а также при одинаковом числе ступеней уменьшить общую длину турбины. В конструкциях некоторых новых двигателей с повышенной степенью двухконтурности или с большим числом подпорных ступеней используются проточная часть турбины вентилятора с повышающимся внутренним диаметром, что позволяет при коротком переходнике увеличить выходной и средний диаметр турбины (т. е. среднюю окружную скорость и работу), а также уменьшить относительную высоту лопатки последней ступени, что благоприятно в отношении ее конструкции и КПД. Диаметр турбины при этом несколько возрастает. При формировании проточной части турбины вентилятора необходимо контролировать максимальное значение относительной высоты лопатки последней ступени. Площадь выхода из турбины можно несколько уменьшить, увеличивая скорость выхода газа из нее.

Однако выходить за указанный в зависимости предел не рекомендуется, так как при этом увеличиваются потери в затурбинной части и суживается диапазон характеристик турбины. Уменьшение частоты вращения ротора турбовенгилятора при выбранных диаметрах вентилятора и его турбины связано с уменьшением окружных скоростей вентилятора и турбины и может быть реализовано, если имеются запасы по нагруженности ступеней вентилятора и турбины. Приведенный метод приближенной оценки теплового состояния и прочности по растягивающим напряжениям может быть использован также и для рабочей лопатки последней ступени турбины газогенератора. В предшествующих разделах рассмотрены особенности выбора диаметральных размеров, формы проточной части, чисел ступеней и согласования вентилятора и его турбины. В курсе лопаточных машин приводятся данные, позволяющие выбрать относительные продольные размеры ступеней. С использованием этих данных могут быть определены не только диаметральные, но и продольные габаритные размеры вентилятора и турбины, т. е. определен их геометрический облик.

Согласование проточных частей турбовентилятора и газогенератора

Особенности согласования проточных частей турбин вентилятора и компрессора. Они коротко сводятся к следующим положениям. У двигателей с небольшой степенью двухконтурности (т 4) средний диаметр турбины вентилятора выбирается по компоновочным (габаритным) соображениям и может быть приближенно оценен по статистической зависимости. Форма проточной части турбины вентилятора должна соответствовать условию или, что лучше, обеспечивать увеличение среднего диаметра по потоку. Это позволяет сблизить диаметры выхода из турбины компрессора и входа в турбину вентилятора, сократить длину переходного канала и потери в нем. Применение одноступенчатой турбины газогенератора с увеличенным относительным диаметром облегчает проблему согласования ее проточной части с проточной частью турбины вентилятора. Рассмотрим условия наилучшего согласования проточных частей вентилятора и компрессора газогенератора. Два варианта проточных частей вентилятора и компрессора ТРДДФ с низкой степенью двухконтурности.

В первом варианте и вентилятор, и компрессор имеют проточную часть с постоянным наружным диаметром. Увеличенная втулка на выходе из вентилятора и уменьшенная втулка на входе в компрессор приводят в этом случае к необходимости устройства длинного переходного канала и заметным потерям полного давления в нем. Во втором случае вентилятор и компрессор имеют проточные части - const. Это уменьшает втулку вентилятора и увеличивает втулку на входе в компрессор. В результате длина переходного канала уменьшается в 1,8 раза, и снижаются потери в нем. Кроме того, увеличенный средний диаметр компрессора приводит к сокращению его длины, так как число ступеней становится на одну меньше. Общая длина компрессорной группы двигателя сокращается на 15 %. Таким образом» выбор формы проточной части вентилятора const и проточной части компрессора const оказывается наиболее благоприятным для их взаимного согласования.

При выборе проточных частей компрессора с - const возможно сокращение числа его ступеней по сравнению с проточной частью DH — const, что дает дополнительные преимущества. Вариации формы проточной части вентилятора, как указывалось, вследствие относительно низких значений, практически не влияют на число его ступеней. Практика создания ТРДДФ четвертого поколения показывает, что формы проточных частей, близкие к второму варианту, находят преимущественное применение. Отмеченные тенденции особенно ярко проявляются в двигателях с большой степенью двухконтурности без подпорных ступеней. Здесь понижение относительного диаметра втулки на выходе из вентилятора и его увеличение на входе в компрессор приводит к значительному уменьшению длины и степени изогнутости переходного канала, числа ступеней и длины компрессора.