1.2. Определение кинематических параметров потока воздуха в ступени
Для
обоснованного выбора способа профилирования
лопаток РК по их высоте производят
предварительный расчет некоторых
кинематических параметров потока,
таких, как предварительная закрутка
воздуха
,
относительная
и приведенная
скорости.
Сначала определяют эти параметры,
принимая по высоте лопатки
и полагая вход воздуха в ступень осевым,
т.е.
.
Расчет ведут в такой последовательности: по известной окружной скорости в периферийном сечении определяют окружную скорость у втулки и на среднем сечении по соотношениям:
;
,
находят относительную скорость в трех сечениях по формуле
|
Рис. 1.2. Геометрические параметры решётки профилей рабочего колеса |
.
Температуру заторможенного потока в относительном движении при в этих сечениях вычисляют по формуле
.
Критическую и приведенную скорости в периферийном и среднем сечениях определяют по формулам:
;
.
Если в
среднем сечении
меньше 0,9 – 0,95, а в периферийном не
превышает 1,05, то далее ступень рассчитывают
как дозвуковую с осевым входом воздуха
(т.е.
)
и лопатки профилируют по способу
.
Если же в периферийном и среднем сечении
,
то следует применить предварительную
закрутку воздуха перед РК в сторону
вращения. Для этого назначают относительную
скорость в периферийном сечении
так, чтобы
,
и определяют величину предварительной
закрутки
в периферийном и втулочном сечениях по
формулам:
;
;
.
Угол
между вектором скорости
и осевым направлением (угол установки
ВНА) вычисляют по формуле
.
Если
,
то ступень следует проектировать как
сверхзвуковую с осевым входом воздуха.
Если же
,
то можно принять выбранное значение
и
и рассчитать ступень как дозвуковую.
Проекцию относительной скорости у втулки на окружное направление вычисляют по формуле
.
При этом
должно соблюдаться условие
,
что соответствует условию
.
Несоблюдение этого условия свидетельствует
о том, что принятое значение
является для дозвуковой ступени
завышенным. В этом случае необходимо
или уменьшить
,
или задать новое значение
с
тем, чтобы получить
После этого уточняют величину предварительной закрутки воздуха в периферийном сечении и вычисляют кинематические параметры потока в трех сечениях по высоте лопатки (в периферийном, среднем и втулочном) по уравнениям:
;
;
;
;
;
;
В
дозвуковой ступени должны выполнятся
условия:
и
.
В периферийном сечении можно допустить
.
Несоблюдение этих условий указывает
на сверхзвуковое течение воздуха, и
ступень следует рассчитывать как
сверхзвуковую со скачком на входе в РК.
Для получения дозвукового течения
необходимо уменьшить работу ступени,
окружную скорость лопаток и осевую
скорость воздуха.
Для
выбора оптимального способа профилирования
лопаток рекомендуется вычислить
кинематические параметры потока при
и сравнить их с вычисленными параметрами
при
.
Ступень
с
применяют тогда, когда для получения
докритической относительной скорости
на концах лопаток
при
приходится назначать большой угол
отклонения потока в ВНА (т.е.
),
а использование сверхзвуковой ступени
по каким-либо причинам нежелательно.
Расчетное
значение степени реактивности выбирают
в пределах
и определяют кинематические параметры
потока в периферийном, среднем и втулочном
сечениях по уравнениям:
;
;
;
;
При этом
должно соблюдаться условие
,
в противном случае необходимо задать
новое значение степени реактивности
и повторить расчет. Температуру
заторможенного потока в относительном
движении, относительную и приведенную
скорости определяют по формулам:
;
;
.
Сравнивая
полученные результаты предварительного
расчета кинематических параметров на
входе в РК при
и
,
выбирают способ профилирования лопаток
и дальнейший расчет производят только
для выбранного способа. О достоинствах
и недостатках того или иного способа
профилирования лопаток ОК рекомендуется
прочесть в книгах [4;6].