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

Re = степень турбулентности потока е0 и показатель адиа­

баты k, а для двухфазных потоков — градиент давления р _ 1 dp ; безразмерный диаметр капель (число Кнудсена) Кп

рdx

сации движения, фазовых переходов и другие параметры. Задачу моделирования можно значительно упростить, если

для определенных процессов исключить некоторые критерии по­ добия, которые почти не влияют на течение процесса. Так, напри­ мер, при скоростях потока, существенно меньших скорости звука (М < 0,3), не будет большой ошибкой, если числа М в модели и натуре не равны. Точно так же при больших числах (Re > 106) соблюдаются условия автомодельности, т. е. характер обтекания перестает зависеть от Re. Наконец, во многих практических случаях можно также пренебречь некоторым отклонением пока­ зателя изоэнтропы k, что позволяет, например, исследовать решетки паровых турбин в атмосфере воздуха.

Следует указать и на другую условность, которая исполь­ зуется в данной методике при переносе модельных испытаний на натуру. В моделях турбинных решеток и ступеней трудно обеспечить полное геометрическое подобие: толщины кромок, шероховатости поверхностей, зазоров; кроме того, испытать мо­ дели всех ступеней, применяющихся в практике, просто невоз­ можно. Поэтому в расчетах натурных турбин часто используют зависимости влияния чисел Re и М по данным испытаний ступеней и решеток, имеющих неполное геометрическое подобие. Такой прием позволяет лишь приближенно оценивать экономичность, степень реакции и коэффициенты расхода ступеней.

В этой связи в некоторых случаях приходится даже отказы­ ваться от использования безразмерных параметров. Так, напри­ мер, применяемые в данной методике исходные графики зависи­ мости лопаточного к. п. д. от и/сф построены для разных абсолют­ ных значений высот лопаток / (стр. 22) при постоянной хорде Ь. Это связано с тем, что при неполном геометрическом моделирова­

нии ступеней и постоянной относительной высоте I — Иb к. п. д. ступеней могут быть различными, т. е. оказывается не безразлич­

ным, за счет высоты / или хорды b меняется Г. Поэтому в методике исходный график дается в виде зависимости т]к = / (1\ и/сф) при постоянных значениях ряда других режимных и геометри­ ческих параметров, а влияние хорды учитывается в виде поправки.

Классификация решеток и ступеней

Возможны самые различные методы выбора определяющих пара­ метров для классификации решеток и ступеней. По назначению решетки подразделяют на реактивные (сопловые, неподвижные)

10

и активные (рабочие, вращающиеся). В свою очередь, реактив­

3.Группа В — для небольших сверхзвуковых скоростей (1,1 <

<М < 1,5).

4. Группа ВР — для больших сверхзвуковых скоростей (М > > 1,4). Рассмотрим основные особенности профилей этих групп (рис. 4). Профили группы А выполнены с обводами плавно меняю-

Рис. 4. Схемы сопловых и рабочих решеток групп А, Б, В и ВР для различных скоростей

щейся кривизны, причем входная и выходная кромки скруглены. Межлопаточные каналы плавно суживаются к выходу. Профили сопловых решеток группы Б выполнены с прямолинейными уча­ стками на спинке в косом срезе, а рабочих решеток с прямоли­ нейными обводами также и на входном участке спинки. Каналы решеток этой группы суживающиеся. Радиус скругления входных кромок уменьшен по сравнению с профилями группы А. Профили сопловых решеток группы В выполнены с вогнутой поверхностью на выходном участке спинки профиля. Каналы — суживающиеся. Рабочие решетки имеют каналы постоянного сечения со значи­ тельными прямолинейными участками на спинке профиля. Ре­ шетки группы ВР выполняют с суживающе-расширяющимися каналами. Профили в косом срезе могут быть плавными с обрат­ ной вогнутостью или с Изломами. В соответствии с предыдущей классификацией примем следующую систему обозначения профи­

11

Первая пара цифр обозначает угол входа, а вторая — опти­ мальный угол выхода (для профилей с углами входа более 100° первые три цифры соответствуют углу входа). Последняя буква определяет расчетный режим по числу М. Так, например, ре­ шетка С-9012А — реактивная, рассчитанная на угол входа а 0 =

В зависимости от величины теплоперепада (чисел М) и от типа решеток турбинные ступени также классифицируются на дозвуковые, околозвуковые и сверхзвуковые.

Решетки и ступени можно классифицировать также по геоме­ трическим размерам (относительной высоте и веерности), влияние которых должно рассматриваться совместно. В решетках малой

четко выраженную вихревую структуру. Малая веерность поз­ воляет с большей надежностью использовать результаты испы­

таний прямых решеток. В решетках средней высоты (1,0 < / <

<13,0) и средней веерности (0,05 < Ф < 0,1) течение можно рассматривать плоским, исключая корневые и периферийные сечения, где движение газа имеет также вихревой характер. Обте­

кание решеток большой высоты (/ )> 3,0) и большой веерности (O' > 0 ,1 ) следует отнести к группе пространственных задач.

12

Изменения параметров по высоте в таких решетках оказываются значительными, и лопатки этой группы следует выполнять с пе­ ременным профилем вдоль радиуса.

В методике используются по существу эти два метода класси­ фикации: по веерности ■&и относительным скоростям М.

Приближенный расчет основных характеристик решеток

Как отмечалось выше, в настоящей методике расчет к. п. д., реактивности, расхода и других параметров базируется на резуль­ татах испытаний модельных и натурных ступеней. Однако для

Рис. 5. Коэффициент потерь £' и поправки, учитывающие влияние различных параметров на коэффициент потерь:

a - t ’ = f ( b / l , У, АР): <5 — *м = / (Мр); в - ка% = / [ а , О*)]:

г —*Re= fRe

13

построения треугольников скоростей и расчета отдельных сече­

Предполагается, что решетки спрофилированы на оптимальное

значение шага t и обтекаются потоком газа с расчетными углами входа a 0 (j^). При определении коэффициентов £ не учитываются влияние содержащейся в потоке пара влаги и возможные откло­ нения геометрических и режимных параметров от оптимальных величин. Следует отметить, что точность данного метода для построения треугольников скоростей длинных витых лопаток недостаточна (см. гл. V). Чтобы найти изменение коэффициентов потерь^ при отклонениях от оптимальных (расчетных) значений

шага t, углов установки а у (Ру) и входа потока а 0 (рх), чисел М и других параметров, необходимо пользоваться характеристи­ ками решеток [1].

14