Файл: Абрамов, В. И. Тепловой расчет турбин.pdf

где коэффициенты Сг и Си определяют по рис. 3Q; Cj — по IJd и конструктивному сочетанию решеток: сопловой, первой рабочей и направляющего аппарата; Сп — по Щй и конструктивному со-

0 0,1 1,/cf 0 0,1 6г/с0

Рис. 30. Зависимость коэффициента С вентиляционных

четанию решеток направляющего аппарата, второй рабочей ре­ шетки и камеры за колесом (или защитного щитка).

При малых значениях IJd (0,01 ==£ l 2/d < 0,03), характерных для двухвенечных ступеней и частоте вращения п < 1 0 000 об/мин, без большой погрешности можно принять Сх — Си .

56

В итоге потери на вентиляцию в двухвенечной ступени

где С определяют по конструктивному сочетанию решеток одного из венцов (см. рис. 30).

а — при прямом вращении колеса; 6 — при обратном вращении колеса

Эффективным средством уменьшения потерь на вентиляцию служит установка плоских защитных стенок (щитков) с обеих сторон рабочего лопаточного венца с малым осевым зазором (кон­ структивное сочетание П-—П). Для этого конструктивного соче­ тания В. Траупель и П. Зутер дают следующие зависимости:

57

для прямого вращения

(33)

для обратного вращения

(34)

где k6 и k[ определяют по кривым рис. 31.

Изменение потерь на вентиляцию в зависимости от числа Reu

следует степенной зависимости

14

Впрактических расчетах потерь на вентиляцию в регулирую­ щих и промежуточных ступенях цилиндра высокого давления (ЦВД) поправку на число Re ввиду ее малости можно не учитывать

ипользоваться значениями С, определенными непосредственно по рис. 30 и 31.

Вряде расчетов необходимо знать не Ев, а мощность, затрачи­ ваемую на вентиляцию,

Вентиляционная мощность одновенечной ступени

инаиболее сложную по физическому содержанию группу потерь

впарциальной ступени. Это объясняется тем, что они зависят от большого числа режимных и геометрических параметров и основ­ ная часть составляющих не может быть моделирована в статических условиях, наиболее удобных для детальных исследований.

58

Наиболее употребительные в практике тепловых расчетов формулы:

фирмы GEC

где тс — число сегментов сопл; Невского машиностроительного завода им. В. И. Ленина (НЗЛ)

18]

1к — S1 + s2 d/ ,

где

si = / (*ф); s2 = / (хф)

учитывают малое количество факторов и предельно упрощены. Пренебрежение влиянием ряда факторов и несоответствие структуры формул физическому содержанию процессов на концах дуги подвода приводит к большой погрешности в определении | к. Достаточно отметить, что по опытным данным Центрального кот­ лотурбинного института им. Ползунова (ЦКТИ) коэффициент k в'формуле фирмы GEC в 3 раза больше рекомендованного фирмой. Предлагаемая методика основана на разделении интегральной величины потерь на краях сегмента на отдельные составляющие и на их индивидуальной оценке в зависимости от различных фак­

торов.

Составляющими являются:

потери от уноса газа в каналах рабочей решетки (динамическая утечка);

потери от протечек газа в меридиональные зазоры между ре­ шетками;

дополнительные потери в сопловой решетке, обусловленные краевыми эффектами;

потери от нестационарности течения газа через рабочую ре­

шетку; дополнительные протечки через осевой зазор в корневом се­

чении решеток.

Динамическая утечка возникает у выходного конца сегмента, так как канал, входящий в «пассивную» зону, не может полностью освободиться от газа (т. е. достигнуть абсолютного вакуума).

Количество рабочего тела, выносимого каналами рабочей решетки, можно записать в вие

GyH— фун/р-®2^2^ >

где фун — коэффициент уноса, физический смысл которого за­ ключается в том, что вследствие эжекционного подсоса и инерции струи, давление в каналах рабочей решетки за выходным концом сегмента оказывается ниже, чем статическое давление за ступенью;

59

шетки профилем рабочей лопатки; / 2 — площадь поперечного се­ чения профиля рабочей лопатки; В 2 — ширина рабочей лопатки.

Предполагая, что потерянное количество движения вследствие динамической утечки пропорционально w2u, и приняв cosaj = 1 и п2 = vlt (что для ступеней с малой степенью реакции вносит погрешность не более 10%), получим, что снижение к. п. д. одно­ венечной парциальной ступени в результате динамической утечки

^Фун-^фЛол

(35)

§д-у = рЛ КПГ-р

где

ряду рабочих лопаток).

Протечки, возникающие на поперечных границах струи в межвенцовых зазорах, являются одним из основных источников до­ полнительных потерь в парциальной ступени.

Рис. 32. Схема течения газа в решетках парциальной ступени

Рассматривается упрощенная модель течения газа в зазорах и решетках парциальной ступени.

Струя газа, выходящая из крайнего соплового канала (со стороны выходного конца сегмента), отклоняется в зазоре по на­ правлению вращения колеса (рис. 32). При малых значениях угла выхода (а1 < 15°) струя практически прилипает к стенке сразу же за выходной кромкой последней сопловой лопатки. Увеличение угла выхода а ъ наличие выемки за крайней сопловой лопаткой или сопловых каналов, закрытых со стороны входных кромок, препят-

60

ствует прилипанию струи. При движении в зазоре струя продол­ жает отклоняться в сторону вращения колеса и на некотором рас­ стоянии полностью заполняет сечение осевого зазора. По данным траверсирования потока в осевом зазоре между рабочими и соп­ ловыми лопатками поток на расстоянии одного шага за крайней сопловой лопаткой движется с окружной скоростью, равной

(0,7-г-1,0) и.

У входного конца сегмента на поперечной границе струи воз­ никает развитая эжекция среды из зазора. Однако, если в стати­ ческих моделях эжекция осуществляется в форме турбулентного обмена на границе свободной затопленной струи, то при вращении колеса она определяется окружной составляющей скорости потока в зазоре.

Таким образом, если предположить, что окружная составляю­ щая скорости в осевом межлопаточном зазоре равна 0,8м, то рас­

в меридиональный зазор будет несколько отличаться от истинного ввиду очевидного влияния степени реакции. В парциальных сту­ пенях степень реактивности невелика, и такое упрощение не может вызвать большой погрешности.

Соответствующее снижение к. п. д. одновенечной ступени от утечки и подсоса

Потеря от подсоса была принята на основании опытных данных, показывающих, что при подсосе 1% газа к. п. д. активной ступени с большим отношением d/y снижается на величину Ал — 0,9-н -н1,3% (т. е. в среднем на Ал — £м. п — 1%).

Для двухвенечной ступени аналогичная меридиональная утечка и подсос должны иметь место в зазоре между первым рядом рабочих лопаток и направляющим аппаратом и в зазоре между направляющим аппаратом и вторым рядом рабочих лопаток. В практически важном диапазоне изменения хфи степени реакции второй венец вырабатывает 0,20—0,35 мощности всей ступени. Таким образом, потеря от меридиональных протечек в двухве­ нечной ступени

где /на — высота лопаток направляющего аппарата; 6ai — осевой зазор между кромками сопловой и первой рабочей решеток; 6а2 — осевой зазор между кромками первой рабочей и направляю-

61