Влияние геометрических параметров решетки на ее КПД

 

Шаг профилей в решетке оказывает существенное влияние на ее характеристики. С уменьшением шага возрастают профильные потери в связи с увеличением поверхности трения, омываемой единицей количества газа.

С увеличением шага давление на вогнутой поверхности профиля возрастает, на спинке – падает. Это, с одной стороны вызывает увеличение концевых потерь, а с другой - способствует отрыву потока на спинке, где разность давления на выходе из решетки и минимального давления возрастает. Кроме того, снижение давления на спинке при увеличении шага может вызвать появление волновых потерь.

Очевидно, для каждого типа решетки должен существовать оптимальный шаг, при котором КПД решетки достигает максимума. Оптимальные значения шага лопаток должны определяться опытным путем для конкретных решеток и условий их обтекания. Для общей ориентировки, можно принять:

у реактивных решеток ,

у активных .

Поворот потока в решетке оказывает влияние на ее КПД. Поворот увеличивается с уменьшением суммы углов β₁+β₂ для рабочей решетки и суммы углов α₀+α₁ для сопловой решетки. При этом возрастает протяженность диффузорного участка на спинке и повышается опасность отрыва потока, также повышаются концевые потери вследствие интенсификации вторичных течений. С увеличением угла поворота потока коэффициенты скорости φ или ψ уменьшаются.

Снижение относительной высоты лопаток  вызывает, как это следует из раздела 5.2 уменьшение КПД решетки и, следовательно, коэффициентов φ, ψ. При  относительная величина концевых потерь незначительна, однако она резко возрастает при малых значениях .

Уменьшение ширины лопатки В при заданной высоте является целесообразным, так как при этом увеличивается относительная высота лопатки . По опытам, проведенным с тремя типами сопловых венцов, оптимальное отношение (b / l) _opt = 1.4 1. Дальнейшее уменьшение b не приводит к увеличению КПД. Аналогичные исследования рабочих решеток показали, что оптимальная ширина рабочих лопаток находится в области =3. Следует отметить, что с уменьшением числа Re они могут возрастать.

При выборе ширины рабочих лопаток необходимо помнить о том, что уменьшение ширины повлечет за собой увеличение числа лопаток и может вызвать трудность в размещении их на диске. Кроме того, в узких лопатках по прочностным и технологическим соображениям не всегда удается выдержать оптимальные толщины входной и выходной кромок. Лопатки газовых турбин чаще всего выполняются с шириной В =(0,25 - 0,4) .

При выборе взаимного расположения сопловых и рабочих лопаток необходимо обращать внимание на величину осевого зазора между решетками и соотношения между высотами сопловых и рабочих лопаток.

Чем больше осевой зазор между сопловой и рабочей решетками, тем сильнее выравнивается поток, поступающий на рабочие лопатки, тем меньше потери энергии от нестационарности. Однако с увеличением осевого зазора повышаются потери от трения на торцевых ограничивающих поверхностях. В каждом частном случае должен существовать оптимальный осевой зазор, величина которого тем больше, чем не равномернее поле скоростей на выходе из сопловой решетки. Однако, кроме указанных факторов, надо учитывать еще утечку или подсос газа через осевой зазор, которые вызывают дополнительные искривления линий тока в периферийных областях. На основании проведенных экспериментов рекомендуется принимать величину осевого зазора в пределах .

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие потери энергии являются составляющими суммарных потерь для турбинных решеток?

2. Какие потери энергии относятся к профильным потерям энергии?

3. Какие факторы влияют на величину потерь от трения в пограничном слое?

4. Какие области профиля турбинной лопатки имеют характерные утолщения пограничного слоя?

5. Перечислите факторы, влияющие на величину потерь от трения в пограничном слое.

6. Перечислите основные факторы, влияющие на потери от срыва пограничного слоя.

7. Как влияет толщина выходной кромки на величину кромочных потерь энергии?

8. Каковы причины возникновения кромочных потерь энергии?

9. При каких режимах течения рабочего тела в проточной части имеют место волновые потери энергии?

10. Какова природа волновых потерь энергии?

11. Какие потери энергии входят в состав концевых потерь?

12. Какова природа потерь энергии от вторичных течений?

13. Перечислите факторы, влияющие на нестационарность потока в проточной части турбинной ступени.

14. Как влияет увеличение шага турбинной решетки на потери от трения в пограничном слое?

15. Как влияет увеличение шага турбинной решетки на потери энергии от вторичных течений?

16. В каких пределах находятся значения оптимального относительного шага для реактивных и активных турбинных решеток?

17. Как влияет угол поворота потока в межлопаточном канале турбинной решетки на потери энергии?

18. Как влияет относительная длина лопаток турбинной решетки на потери энергии?

19. Как влияет величина осевого зазора между сопловым и рабочим аппаратами на потери энергии в рабочей решетке?

 

 

Литература: [1], [2], [3].