Коэффициент полезного действия турбины

Совершенство проточной части турбины оценивается внутренним КПД, величина которого зависит от совершенства основных элементов турбины.

Суммарная величина потерь энергии в турбине складывается из потерь в газоподводящем корпусе, сопловом аппарате D , потерь в рабочем колесе D , потерь с выходной скоростью D , а также потерь в газоотводящем корпусе. Кроме того, в суммарные потери в турбине входят потери из-за протечек газа в зазоре между лопатками и кожухом D , потери трения и вентиляции D , механические потери в подшипниках D . Потери энергии в газоподводящем корпусе обычно малы и ими можно пренебречь (или их относят к потерям в сопловом аппарате). По сумме потерь, кроме механических потерь, может быть определена величина внутреннего КПД турбины:

,            (4.2)

где - располагаемая работа турбины.

Потери энергии в сопловом аппарате D  определяются в долях от располагаемой работы соплового аппарата:

.               (4.3)

В турбокомпрессорах с осевой турбиной коэффициент скорости лежит в пределах j = 0,95÷0,97; с радиально – осевой турбиной - j = 0,94÷0,96. В турбокомпрессоре для наддува ДВС используют, как правило, реактивные турбинные ступени со степенью реактивности =0,4÷0,5. Такие ступени на переменных режимах имеют больший КПД. Это вызвано тем, что в реактивных ступенях рабочие лопатки имеют скругленные входные кромки, которые менее чувствительны к повышенным углам атаки. Располагаемую работу соплового аппарата можно определить по выражению:

.                                 (4.4)

Потери энергии в рабочем колесе D  определяются в долях от кинетической энергии газа на выходе из рабочих лопаток:

.                          (4.5)

Коэффициент скорости в осевых ступенях = 0,93÷0,96, в радиально-осевых = 0,85÷0,94.

Потери энергии с выходной скоростью:

                               (4.6)

Эти потери обычно составляют 8÷10 %.

Потери энергии из-за утечек газа в зазорах зависят главным образом от величины радиальных зазоров , высоты лопатки  и угла выхода потока из рабочего аппарата . Потери энергии от утечек обычно больше относительного расхода рабочей среды через зазоры. Это связано с дополнительным возмущением основного потока в зонах, примыкающих к зазорам, поэтому для расчета потерь энергии от утечек желательно использовать зависимости, полученные при исследовании турбинных ступеней. В результате обобщения экспериментов на двух реактивных ступенях с закрученными безбандажными лопатками без уплотнения радиального зазора, В.К. Гребневым получена зависимость для определения коэффициента потерь:

,                                  (4.7)

где - относительная площадь зазора

;                                          (4.8)

где - степень реактивности ступени в районе зазора.

Потери энергии от утечек через зазоры определяются по выражению:

.                                       (4.9)

Потери на трение диска и вентиляцию в кВт определяются по выражению:

,                                (4.10)

где - плотность газа в осевом зазоре.

Коэффициент потерь энергии от трения диска и вентиляции определяется по формуле:

.                              (4.11)

Для ступени с полным подводом газа по окружности:  0,005.