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

диска наблюдается еще более сложное течение, так как с основным потоком взаимодействует несколько потоков (струй), расположен­ ных на различных радиусах. Струя охлаждающего воздуха уда­ ряется в диск и растекается в разных направлениях. Скорости дви­ жения частиц воздуха, направленные к проточной части турбины, складываются со скоростями движения общего потока, а скорости частиц, направленные к осп вращения,— гасятся.

При открытых зазорах (отсутствие перекрышей) у проточной части течение воздуха в зазоре еще более усложняется из-за влияния потока газа на распределение скоростей по зазору. Поэтому опре­ деление гидравлических сопротивлений в зазоре между диском и корпусом в этих случаях является весьма сложной задачей.

Изменение давления по радиусу в зазоре между вращающимся диском и корпусом при радиальном обдуве можно подсчитать по выражению 163]

неподвижной стенками.

При струйном обдуве заметное повышение давления происходит на радиусе расположения выходных отверстий охлаждающего воз­ духа. По экспериментальным данным, эта зона находится в пределах 10—20 диаметров отверстий. При открытых осевых зазорах давле­

В случае установки на диске специального дефлектора гидро­ динамика потока резко меняется. Дефлектор увеличивает закрутку потока, при этом повышается разность давлений воздуха между центральной и периферийной частями зазора. Изменение давления воздуха по радиусу зазора можно определить по уравнению (432), но в этом случае закрутку потока нужно определять с учетом влия­ ния дефлектора [63].

Для приближенной оценки величины закрутки ядра потока в за­

где 0а = — — величина, обратная относительной радиальной со­ ставляющей скорости потока на данном радиусе;

зоре.

При приближенных расчетах можно сразу оценить потерю давле­ ния по радиусу в зазоре между диском и вращающимся вместе с ним дефлектором по эмпирическому соотношению [93 J

в зазоре между диском и дефлектором можно использовать выражение,

либо по уравнению, приведенному в работе [63], с достаточной сте­ пенью точности в диапазоне 0,8 5= 2 0 коэффициент гидравличе­ ского сопротивления в зазоре между диском и дефлектором можно представить выражением

£ = 0,0265(1 — 2) Re - 0 ' 2 .

Полный расчет течения воздуха между диском и дефлектором может быть произведен методом последовательных приближений по методике, разработанной в работе [63].

( •• • , . . . . . . • Оценка гидравлических сопротивлений дефлекторных лопаток (см. рис. 3,1) является, одной из главных задач при расчете системы охлаждения газовой турбины, так как необходимый расход врздуха на охлаждение может быть обеспечен в том случае, если гидравлические .сопротивления не превышают располагаемого перепада на охлаждение. Определение..гидравлическихсопротивле­ ний может быть произведено аналитически и экспериментально. Аналитическое решение этой задачи представляет большие трудно­ сти, поэтому чаще всего ее решают с помощью экспериментальных коэффициентов. Сущность этого метода сводится к тому, что сложную систему каналов охлаждения, которую представляет собой дефлек­ тор ная лопатка, расчленяют на ряд элементарных участков, для кото­ рых, известны экспериментальные зависимости гидравлических со-

противлении от безразмерных определяющих критериев. Полное сопротивление вычисляется как сумма гидравлических сопротивле­ ний элементарных участков. Для сопловой лопатки дефлекторного типа такими участками могут быть:

—отверстия в дефлекторе, которые могут рассматриваться как короткие отверстия с острыми кромками;

—участок входа в зазор охлаждения, который можно рассма­

—- участок за дефлектором, который представляет собой элемент слияния почти параллельных потоков;

— участок выхода воздуха в проточную часть, который можно рассматривать как решетку из параллельно расположенных конфузорных каналов.

Определив для каждого из участков коэффициенты гидравличе­ ских сопротивлений, нетрудно вычислить общее гидравлическое сопротивление для всей дефлекторной лопатки.

Однако очень часто при тепловых и гидравлических расчетах подобного типа лопаток различают только три основных участка:

—входа потока в зазор охлаждения (от внутренней полости дефлектора до начала плавно изогнутого канала);

—течения потока в плавно изогнутом канале (от начала плавно изогнутого канала до выходных щелей в кромке лопатки);

—выхода потока через решетку в проточную часть.

Полное гидравлическое сопротивление дефлекторной охлаждае­ мой лопатки складывается из гидравлических сопротивлений трех участков

£s = £i ~г £ц + £ш-

Коэффициенты гидравлических потерь каждого из участков опре­ деляются экспериментально. Как показали некоторые эксперименты [12], наибольшее гидравлическое сопротивление характерно для первого участка. Результаты экспериментов по гидравлическим со­ противлениям для участков, сходных по конфигурации с участком входа потока в зазор охлаждения дефлекторной лопатки, позволяют сделать вывод, что при На >• 2 и изотермических режимах течения, когда Ret = (0,015 ч-4,0) • 10Б, и отношении давлений до 3,5 гидрав­ лические сопротивления участка входа не меняются. Поскольку в практике проектирования дефлекторных лопаток На всегда больше двух, то можно считать, что расстояние между выходным дефлекторным отверстием и оболочкой лопатки не влияет на гидравлические сопротивления при изотермическом течении потока.

При нагреве потока, который наблюдается в реальных условиях работы турбины, гидравлические сопротивления растут (рис. 136), что можно объяснить влиянием вязкости газа в застойной вихревой зоне, образующейся у входной кромки [12]. Графическая зависи­ мость получена экспериментально и характеризует интенсивность роста гидравлического сопротивления в зависимости от температуры

потока. На рис. 136 по осп абсцисс отложена относительная темпера­ тура стенки лопатки, по осп ординат — отношение гидравлического сопротивления выхода из дефлектора и поворота потока при подо­ греве воздуха к гидравлическому сопротивлению того же участка при изотермическом течении.

Для второго участка течения воздуха в плавно изогнутом канале гндравли еские сопротивления могут быть определены, как для ще­ левого канала постоянного сечения. Влияние теплообмена на гидра­ влическое сопротивление трения мо­ жет быть установлено из теории теп­ лообмена с использованием безраз­

можно пренебречь [32 ], особенно при расчетах в первом приближении. Гидравлическое сопротивление

Учитывая, что подогрев воздуха влияет на гидравлическое сопро­ тивление только первого участка, отношение расхода воздуха через лопатку при течении с подогревом к расходу воздуха при изотерми­

Помимо температурного фактора, на гидравлическое сопротивле­ ние системы охлаждения дефлекторной лопатки влияет вращение ротора. Однако гидравлические сопротивления у лопаток рассма­ триваемой конструкции не испытывают существенных изменений