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

Влияние осевых и радиальных зазоров по^бандажу. Поправоч­ ный коэффициент /ее, учитывающий отклонение зазоров по бан­ дажу от их типовых значений для модельных степеней, опреде-

ляют по кривым рис. 14, в в зависимости от разности относи* тельных эквивалентных зазоров бэ/11— (бэ//1)т и веерности, т. е. от отношения dll

где 8В— осевой зазор по бандажу; бр — зазор в радиальном уплот­ нении бандажа; ру — коэффициент расхода в радиальном уплот-

26

нении; zy — число гребней в радиальном уплотнении; (6Э)Т— эк­ вивалентный зазор типовой ступени, к. п. д. которой представлен на рис. 12 и равен 1,0 мм.

Необходимо также иметь в виду, что поправочные коэффи­ циенты (рис. 14, в) относятся к ступеням с небольшой степенью реакции у корня рабочих лопаток.

Если ступень не имеет бандажа, поправочный коэффициент [61

где (бэ)т = 1,0 мм; рр — радиальный зазор по рабочим лопаткам в мм; рср — степень реакции на среднем диаметре; 1г — высота сопловой лопатки в мм.

Влияние диаметра. Влияние диаметра на к. п. д. ступени свя­ зано при прочих равных условиях с изменением веерности лопа­ ток, а также с изменением кривизны ограничивающих (торцо­ вых) поверхностей сопловых каналов.

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние диаметра

Поправочный коэффициент, учитывающий использование энер­ гии выходной скорости. Использование энергии выходной скорости в последующей ступени учитывается поправочным коэффициен­ том kB.с, который следует вводить в расчет всех ступеней, за исклю­ чением тех ступеней, энергия выходной скорости которых не ис­ пользуется в последующей ступени.

Следует отметить, что коэффициенты kB с зависят не только от отношения хф, но и в небольшой степени от отношения давле­ ний на ступень е. При е = 0,70^-0,85 сжимаемость практически не изменяет величины kBC (рис. 14, г). При е < 0 ,7 следует повы­ шать приведенные значения kBC.

В диапазоне отношений скоростей хф = 0 35-ь0,60 для сту­ пеней давления, рассчитанных на хф == 0,42ч-0,52, энергия вы­ ходной скорости повышает к. п. д. промежуточной ступени; при уменьшении значения хф ниже 0,35 поправочный коэффициент становится меньше единицы, так как в этом случае к. п. д про­ межуточной ступени в отсеке становится ниже к. п. д. одиночной ступени из-за неблагоприятного угла натекания потока на сопло­ вую решетку последующей ступени.

Следует также отметить, что отклонение отношения площа­ дей F J F 1 и угла a j от их значений для типовой ступени не вносит существенных коррективов, т. е. в рекомендуемом диапазоне от­

27

няющемся отношении площадей F2/Fа и переменной энергией выходной скорости легко разрешается. Увеличению энергии

выходной скорости с2 соответствует снижение к. п. д. Цол оди­ ночной ступени, т. е. к. п. д. без учета использования энергии выходной скорости. При этом к. п. д. т]°л с учетом использования

выходной скорости для промежуточной ступени практически не изменится. Следовательно, в методике целесообразно пользоваться значениями к. п. д. т]дл, неизменными для переменных отноше­

ний площадей F 2/F1 и углов а ъ и кривыми kBC, не зависящими

бандаже, поправочный коэффициент kBC= 1.

Если угол а г рассчитываемой и типовой'ступеней имеет суще­ ственное различие, необходимо оценить потери с выходной ско­ ростью для одиночных и последних ступеней (например, построе­ нием треугольников скоростей для обеих ступеней) и разницу Д |в с учесть при определении к. п. д. одиночной ступени или последней

Т]ол — Г ] о л ^ б ^ г ^ к р ^ ^ в 1 ^ Ц е Д?в.с-

Расчет степени реакции одновенечной ступени

Как известно, для одновенечных ступеней с полным подводом степень реакции является функцией отношения площадей F2/Fx, отношения скоростей хф и отношения давлений е на ступень. Помимо отмеченных основных факторов существенное влияние на реактивность ступени оказывают также протечки из зазора между сопловой и рабочей решетками или подсос среды в этот зазор, число Рейнольдса ступени, отношение коэффициентов рас­ хода сопловой и рабочей решеток.

Для расчетов ступени по модельным характеристикам целе­ сообразно представить величину степени реакции на среднем диа­ метре в зависимости от отношения скоростей хф и отношения давле­ ний е для типовой ступени с фиксированными зазорами в проточ­

28

ной части. Для ступеней, отличающихся от типовой величинами отношения площадей F 2IFlt зазоров в проточной части и высотой сопла, необходимо ввести соответствующие поправки.

На рис. 15 дана зависимость степени реакции на среднем диа­ метре от отношения скоростей и отношения давлений для типовой ступени, характеризующейся следующими параметрами: F J F г =

= 1,75; Д = 48 мм; /2 = 52 мм; профиль С-9012А; а 1э = 12° 20';

Рис. 15. Степень реакции на среднем диаметре для типовой

ступени (КД-1-2А; FjF-x — 1,75; 11 = 48 мм; бэ = 1 мм; d = 1м)

профиль Р-3021А; рЯэ = 20° 44'; 6В= 1,2 мм; 6р = 0,8ч-0,9;

2у = 2.

Значения р для приведенной зависимости получены обобще­ нием ряда экспериментальных исследований МЭИ и турбинных заводов на аналогичных ступенях. При этом кроме непосредствен­ ных измерений степени реакции использовались также расходные характеристики ступеней р х<7, которые позволили получить наи­ более достоверные значения^ степени реакции на среднем диа­

метре.

Дополнительно значения степени реакции р проверялись расче­ тами по треугольникам скоростей при коэффициентах расхода для сопел pj = 0,97 и рабочих лопаток р 2 = 0,89-ь0,95 и при изменении р 2 в зависимости от отношения скоростей хф.

Приведенная на рис. 15 зависимость степени реакции типовой ступени от отношения скоростей хф и отношения давлений г

29

ции ступени при отклонении отношения давлений от значения е = = 0,7. Последний член, характеризующий влияние сжимаемости на степень реакции ступени, получен теоретически с соответ­ ствующим эмпирическим коэффициентом (14,25е-— 15,25) (1 —

— Хф)2, который для различного типа ступеней может принимать разные значения, однако третий сомножитель, полученный теоре­ тически, будет оставаться неизменным. Как показывает теорети­

Поправка к степени реактивности, связанная с отклонением отношения площадей F2!FX рассчитываемой ступени от соответ­ ствующего значения типовой ступени при одинаковых величинах хф и е = р 21 р о, может быть получена на основании следующей фор­

Эффективное отношение площадей рассчитываемой ступени, учитывающее увеличение проходной площади на выходе из рабо­ чей решетки вследствие эквивалентного зазора по бандажу и меридионального зазора между сопловой и рабочей решетками на краях дуги подвода в парциальной ступени,

где FJFx — отношение площадей рассчитываемой ступени; 8Э— эквивалентный зазор по бандажу.

Разность эффективных отношений площадей рассчитываемой и типовой ступеней с учетом относительных эквивалентных зазо­

зо

Относительная площадь меридионального зазора на краях дуги подвода парциальной ступени

Дf — ___ _____

' е nde sin а1Эф

где баз — меридиональный зазор между кромками сопловой и рабочей решеток в м; е — степень парциальности ступени; d — средний диаметр ступени в м; а 1эф— эффективный угол выхода из сопловой решетки.

Формула (8) справедлива для значений хф = 0,Зч-0,7 и F 2/F 1 = =■ 1,45ч-2,30.

Погрешность формулы (8) укладывается в пределы 1 % (абсо­ лютного). Следует отметить, что приведенная аппроксимирующая формула не учитывает влияния некоторых геометрических и аэро­ динамических факторов: угла а 1; коэффициента скорости ф, отно­ шения коэффициентов расхода pVPi и Других величин.

Однако учет указанных факторов при изменении их в рассма­ триваемых для расчетов пределах дает небольшие поправки. Например, изменение угла выхода а г потока из сопловой решетки от 11 до 15° при неизменных параметрах ступени F 2/F 1; хф, s и т. п. увеличивает степень реакции всего лишь на 0,008 (0,8%).

Влияние протечек в корневой зазор на степень реакции сту­

где k = 2,5-ь3,0 при протечке рабочего тела в корневой зазор, причем меньшие значения относятся к ступеням с повышенной степенью реакции, а большие —■к ступеням с нулевой степенью реакции у корня; k — 0,8-ь 1,0 при наличии отсоса через корне­ вой зазор (в этом случае поправка Др будет иметь знак «минус»); ДG — величина утечки или подсоса через корневой зазор.

Величину расхода через корневой зазор находят на основании методики расчета осевого усилия [8]. При небольшой положи­ тельной степени реакции у корня расход через корневой зазор весьма мал и его влияние на степень реакции можно не учиты­ вать.

Определение размеров ступени

Величину площади проходных сечений сопл при дозвуковых скоростях определяют по уравнению неразрывности

р _ Ф щ

1 _ Picii ’

где vlt — удельный объем за сопловой решеткой при изоэнтропическом расширении пара в решетке; си ■— теоретическая ско­ рость на выходе из сопловой решетки, подсчитанная по параме-

31