Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 181

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

В

системах

охлаждения часто встречаются

повороты

потока.

В петлевых лопатках осуществляется поворот

потока воздуха до

180°,

в роторах

и статорах до 90°, в дефлектор и ых лопатках

поворот

потока плавный (на несколько градусов). Падение давления за счет поворота потока происходит из-за появляющихся в потоке центро­ бежных сил, которые направлены к внешней стенке канала. Создавая дополнительное давление на внешней стенке канала, они снижают в этой области потока скорости, что создает вихреобразования и дополнительные потери. После поворота потока аналогичные обла­ сти создаются на внутренней стенке канала. Возникающие потерн давления зависят от режима течения, угла поворота, отношения площадей входа и выхода, относительной вытянутостп поперечного сечения, условий входа, шероховатости стенок и других факторов.

Общий коэффициент сопротивления поворота складывается из двух составляющих: коэффициента местного сопротивления пово­ рота см и сопротивления трения £т р

£ п о в . общ

См ~Т~ Стр.

В каналах плавно изогнутых (с большим радиусом кривизны) отрыв потока и вихреобразованпе сравнительно невелики и ими можно пренебречь. Поэтому определение коэффициента сопротивле­ ния сводится в основном к определению коэффициента сопротивле­ ния трения. В коленах с резкими поворотами (каналы с малым радиусом кривизны) основную часть гидравлического сопротивле­ ния отражает коэффициент местного сопротивления поворота. Сопро­ тивление трения в этом случае относительно невелико и им можно пренебречь.

При радиусе

кривизны канала, значительно

превышающем его

гидравлический

диаметр (R0/dr > 5 0 ) , что имеет

место при течении

воздуха по зазору между оболочкой п дефлектором в охлаждаемой лопатке, влиянием поворота на гидравлическое сопротивление можно пренебречь. В работе [27] коэффициент гидравлического сопротив­

ления

для

плавно изогнутых каналов рекомендуется определять

с учетом относительного

радиуса

закругления:

 

 

£ т р

=

0,0175Я-|>-б,

где R0

— радиус кривизны

осевой

линии;

 

б — угол поворота потока в канале.

Коэффициент трения в этом случае рекомендуется определять по

следующим

зависимостям:

 

 

 

1 ' - ^ № Г " " 6 0 0 < К е Т / 3 : < 1 4 0 0 ;

Х ' = Б ^ ( ^ Г Г 5 " Р » 1 4 0 0 < R e | / 3 : < 5 0 0 0 .

Для плавно изогнутых каналов при радиусе кривизны, соизмери­ мом с гидравлическим диаметром (1,5 ^ Ro/dr < : 50), общий коэф­ фициент сопротивления равен сумме коэффициентов сопротивления трения и поворота. При этом коэффициент сопротивления трения определяется, как для прямолинейного канала, а коэффициент сопротивления поворота может быть определен по рекомендациям в работе [63] из уравнения

 

 

См

Л , я , с , ,

 

 

г д е / 1 , — коэффициент,

учитывающий

влияние угла поворота

ка­

нала;

 

 

 

 

 

 

Вх — коэффициент, учитывающий влияние относительного ра­

диуса закругления

(R0/dr);

влияние относительной

вы-

Сх — коэффициент,

учитывающий

тяиутости

поперечного

сечения

(а0/Ь0).

 

Значения величин

Аг,

Вх, Сх

можно найти в работе [27].

 

При радиусе кривизны канала меньше его гидравлического диа­

метра,

что отмечается при повороте потока

охлаждающего воздуха

в зазор

после выхода из дефлектора или в

петлевых лопатках при

повороте потока на 180°, общий коэффициент сопротивления опре­

деляется

аналогично предыдущему случаю, а коэффициенты Ах,

Вх,

Сх — из

графических

зависимостей [27].

 

 

 

 

 

При острых кромках и повороте на 90° сопротивление поворота

потока значительно больше

сопротивления

трения. В

этом случае

£ — £м .

Коэффициент

сопротивления

поворота

в

зависимости

от

отношения высоты и ширины канала

и отношения

площадей входа

н выхода находят по графическим зависимостям

в работе [27].

 

При

повороте потока до

180° и

острых

кромках

коэффициент

гидравлических сопротивлений поворота можно определить по зави­ симости [27 I

£ = С И £ „ .

где

£м = 0,95 sin 2 4 - + 2,05 sin4 - | - .

Величины А, Сх находят по графической зависимости в работе [27]. В системе охлаждения газовых турбин часто встречаются следующие случаи поворота потока на 180° при острых и закруглен­ ных кромках: площади входа и выхода одинаковы; входное сечение больше выходного. Для всех этих случаев коэффициенты гидравличе­ ских сопротивлений приведены в работе [27].

Поскольку охлаждающий воздух в газовых турбинах подается ко многим ее узлам, для систем охлаждения характерно разделение и слияние потоков. Гидравлические сопротивления в этом случае зависят от угла ответвления потока, отношений расходов воздуха и площадей по протокам. Потеря давления при разделении потока возникает в результате удара, происходящего при внезапном рас­ ширении в месте разделения или поворота потока в боковом ответ­ влении.

В системах охлаждения газовых турбин наиболее часто встре­ чаются следующие разветвления потоков: под углом 90°; под острым углом; в симметричных тройниках; в дефлекториой лопатке при вы­

ходе воздуха в зазор; при наличии решетки.

 

 

 

 

 

 

Во

всех

случаях

обычно определяются

четыре

коэффициента

гидр авл ичес к пх сопр оти влєн и й:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£б — коэффициент

гидравлического

сопротивления

бокового

 

канала, который характеризует

потерю давления от входа

 

в основной канал до выхода из бокового канала; за ха­

 

рактерное

сечение, в этом случае

принимается

сечение

 

на выходе

из бокового

канала;

 

 

 

 

 

 

£п

— коэффициент

гидравлического

сопротивления

 

прямого

 

канала, который характеризует потерю давления

от

 

входа в основной канал до

выхода

из прямого

канала;

 

за

характерное сечение

принимается

сечение

па

выходе

 

пз

прямого

 

канала;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sc. б — коэффициент

гидравлического

сопротивления

основного

 

п бокового каналов, который характеризует ту же, по­

 

терю, что и коэффициент гидравлического

сопротивления

 

бокового канала; за характерное сечение принимается

t e n

сечение на

входе в основной

канал;

 

 

 

 

 

— коэффициент

гидравлического

сопротивления

основного

 

и прямого канала, который характеризует ту же потерю,

 

что и коэффициент гидравлического сопротивления

пря­

 

мого канала; за характерное сечение принимается сечение

 

в

основной

 

канал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При ответвлении потока под углом 90°-коэффициенты гидравличе­

ских сопротивлений бокового и прямого

каналов определяются по

зависимостям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г —

Сс. б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ О б

Fc\*

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ Gc

• F6

)

 

 

 

 

 

 

 

у£с. п

где С76,

Gn,

Gc

— расходы

воздуха через боковой, прямой и основ­

F6,

Fn,

Fc

ной (сборный)

каналы;

— площади

поперечных сечений бокового, прямого

Значения

 

и основного (сборного) каналов.

 

 

 

 

 

 

 

ь>=ї{Ь

- Й - )

» < » - ' ( • £ - )

находятся по графической зависимости из работы [27].

310

При

плавном

ответвлении

потока

на 90° £б

и £п определяются

по графическим

зависимостям

в работе [27]:

 

 

 

 

 

 

 

 

^ = ' ( - § Г ;

7 Г ) ;

 

 

< 4 2 8 »

 

 

 

 

ь = г (•%•• Ь

£•)•

<

При ответвлении

потока

под острым углом а величина

£с $ опре­

деляется

как функция

соотношения

площадей основного,

бокового

и прямого каналов и может быть найдена из графической

зависимости

[63],

а

величина £с_п

при F6

+ Fa

> Fc и Fn

= Fc

в

пределах

wn/wc

^

1 может быть

определена

 

по формуле

 

 

 

 

 

 

 

fcn

=

0 . 4

(

l - - b ) V

 

 

 

При

F6

+ Т7,, =

Fc

величина

t,cn

находится из

графической зави­

симости в работе [27].

 

 

 

 

 

 

 

 

В дефлекторных охлаждаемых лопатках происходит потеря

давления в результате слияния

почти параллельных потоков. В этом

случае потери давления

возникают за счет турбулентного

их смеше­

ния,

что сопровождается потерями

 

энергии и обменом

количества

движения между потоками. Для определения коэффициентов гидрав­ лического сопротивления могут быть использованы зависимости [27] для несимметричных вытяжных тройников с углом между основным п боковым каналами:

где кп =

0 при FG/FC

— 0 — 0,2;

/е„ =

0,14 при F&IFi. = 0,33;

k„-=

0,4 при F6/Fc

= 0,5.

Величины £б и £п определяются по зависимостям (428) и (429). При одинаковых боковых ответвлениях могут быть использованы зависимости для расчета тройников типа «ласточкин хвост» [27].

Особым случаем ответвления является выход воздуха из дефлек­ тора на экран в охлаждаемой лопатке. Разделение потока воздуха по зазорам охлаждения происходит одновременно с выходом струи на криволинейный экран и поворотом потока. К тому же скорость

истекающей из дефлектора струи близка к скорости

звука. В этом

случае определение гидравлических сопротивлений

можно

вести

либо по данным работы [27], как для симметричных

плавных

трой-

Смотрите также файлы