50 Движение рабочей среды в ступенях с относительно высокими (длинными) лопатками.
В этом случае делалось допущение, что окружная скорость и степень реактивности не меняются по высоте рабочих лопаток. Расчет ступени при указанном допущении ведется по параметрам рабочей среды и геометрическим размерам на среднем диаметре ступени. Выбранные для среднего сечения профили сопловых и рабочих лопаток принимаются и для других сечений лопатки. Поэтому ступени, рассчитанные из условия плоскопараллельного потока, имеют лопатки постоянного по высоте профиля (цилиндрические).
Допущение
о постоянстве параметров по высоте
лопатки является тем более справедливым,
чем больше отношение
.
В настоящее время считается, что расчет
ступени из условия плоскопараллельного
потока является оправданным, если
.
Ступени,
у которых
,
условно называют ступенями с относительно
высокими (длинными) лопатками, или
ступенями большой веерности. Поток в
таких ступенях имеет выраженную
пространственную структуру, поэтому
расчет таких ступеней из условия
плоскопараллельного потока считается
недопустимым, так как пренебрежение
изменением параметров по высоте лопатки
приводит к заметному снижению КПД
ступени.
Степень реактивности в ступени, как и окружная скорость, возрастает от корневого сечения к периферии.
При конической форме проточной части скорость выхода из сопла можно разложить на три составляющие: окружную c1u, осевую c1a и радиальную c1r (рис. 16.1). При этом
,
где
-
составляющая вектора скорости C1
в меридиональной плоскости.
Рис.16.1 Составляющие скоростей выхода из сопла конической проточной части.
Рассмотрим
движение потока в осевом зазоре между
соплами и рабочими лопатками в ступени
с цилиндрическими обводами, у которой
и
.
При движении в осевом зазоре с окружной скоростью С1u под действием центробежной силы поток приближается к наружной ограничивающей поверхности стенки и испытывает со стороны последней тормозящее воздействие. В связи с этим давление в осевом зазоре Р1 в периферийном сечении будет наибольшим, а в корневом - наименьшим.
Закрутка имеет место и за рабочими лопатками при неоптимальных значениях скоростной характеристики 1=u/c1. Однако влияние закрутки за рабочими лопатками на давление за ступенью невелико в связи с малым значением скорости С2. Практически при осевом выходе потока из рабочих лопаток и близком к нему давление перед ступенью и за ней, а следовательно, и изоэнтропийный перепад энтальпий в ступени остаются по высоте лопатки неизменными. Поскольку давление в зазоре между соплами и рабочими лопатками увеличивается от корня к периферии, степень реактивности по радиусу ступени также растет (рис.16.2).
Для активной турбинной ступени (ρ=0) степень реактивности в корневом сечении будет отрицательной. При этом в корневых сечениях возникает диффузорное течение (P2>P1k), что может вызвать образование вихревой зоны и существенный рост потерь кинетической энергии в ступени.
Рис.16.2 Изменение давления за соплом и степени реактивности ступени по высоте лопатки.
Увеличение P1 по радиусу при неизменных начальных и конечных параметрах приводит к перераспределению расхода через единицу площади поперечного сечения сопловых каналов. У периферии расход становится меньше, чем в корневом сечении. По этой же причине расход через единицу площади рабочих каналов у периферии будет больше, чем у корня. Несоответствие в расходе в различных, сечениях приводит к радиальным перетеканиям, что вызывает искривление линий тока в меридиональной плоскости и повышение потерь энергии в рабочей решетке.
Для исключения последствий отрицательной степени реактивности у корня ее принимают в корневом сечении из условия ρк>0..0,2.