Дополнительные потери в ступени, состоящей из двух венцов

Потери в межвенцовом зазоре зависят от того, является ли он открытым, или закрытым. При открытом осевом зазоре происходит подсос среды и размыв потока у корня, может иметь место и утечка рабочего тела в околодисковое пространство с подсосом. Закрытый осевой зазор позволяет снизить подсос или утечку и оптимизировать межвенцовый зазо

Потери от неоптимальных перекрыш. Перекрыши - нижнюю _к и верхнюю _п назначают с целью избежания препятствий и возмущений по внутренней и наружной границам потока

Потери на трение диска и наружную поверхность бандажа

Боковая поверхность диска работает как насос, особенно при большой шероховатости. Потери на трение диска рабочего колеса пропорциональны плотности среды, квадрату наружного диаметра диска и кубу периферийной окружной скорости.

4.9 Уравнение радиального равновесия. Закон закрутки ступеней

Поворот потока в лопаточных венцах обуславливает движение потока по спирали. Таким образом, на частицы потока в межвенцовом зазоре действует центробежная сила, стремящаяся отклонить поток к периферии. С другой стороны, в межвенцовом осевом зазоре ступени параметры потока неравномерны по высоте канала (известно, что степень реактивности растет от корня к периферии, соответственно теплоперепад, срабатываемый в соплах убывает от периферии к корню, таким образом в межвенцовом зазоре возникает градиент статического давления ( на периферии давление больше, чем в корне) и статической температуры (градиент также направлен от периферии к корню), возникающий градиент давления должен компенсировать воздействие центробежной силы .

Уравнение радиального равновесия имеет вид:

Для всех законов закрутки используют два постоянных условия:

1 Постоянства работы на окружности по радиусу, L_u( r) = const;

2 Постоянство осевой составляющей скорости по радиусу.

Все ступени профилируются согласно одного обобщенного закона закрутки (это и есть недостающее 3 условие в уравнении радиального равновесия)

При этом ^m>^Cos^_ где  - коэффициент потерь скорости в соплах, _ - угол выхода потока из сопел.

Закон постоянства циркуляции. Применяют преимущественно в ступенях перед промежуточными патрубками, так как он обеспечивает минимальную неравномерность выходной скорости с₂ по радиусу

Закон постоянства циркуляции упрощенно можно выразить уравнениями c_ur=const и c_a(r)=const, т.е. чем больше радиус, тем меньше c_1u и c_2u, а c_1а и c_2а постоянны по высоте.

Из рассмотрения треугольников скоростей следует, что ₁, ₁ и ₂. растут от корня к периферии, причем ₁ весьма существенно, ₂ - падает. Сечения рабочей лопатки с ростом радиуса весьма существенно поворачиваются в сторону увеличения углов ₁, т.е. входная часть рабочей лопатки сильно закручена.

Недостатки этого закона профилирования:

а) закручены как рабочие, так и направляющие лопатки, что удорожает изготовление ступени;

б) рост степени реактивности с радиусом и увеличение перепада давлений на вершине рабочей лопатки вызывает снижение _cт из-за повышенной протечки и пониженной эффективности прикорневой зоны;

в) скорость выхода потока в корне сопел с_1к и на вершине рабочих лопаток w₂ заметно превышает другие векторы, и при больших перепадах там достигается скорость звука и возникают волновые потери

Постоянство геометрического угла выхода _1г = const. Применяется в газотурбостроении благодаря своим технологическим достоинствам: сопла не закручены, профиль их с радиусом не меняется. Это особенно удобно для охлаждаемых сопловых аппаратов, так как упрощает их изготовление. Для данного закона закрутки характерно повышению пропуска расхода у корня и к снижению градиента реактивности по сравнению с законом постоянства циркуляции.

Постоянство угла выхода потока ₁ = const Лопатки выполняют с увеличением хорды b_c пропорционально радиусу. По сравнению с вышерассмотренными двумя законами здесь еще большая часть расхода протекает у втулки и меньше градиент реактивности по радиусу. Недостаток этого способа закрутки в том, что b_c = var, т.е. сопла имеют переменное сечение профиля по радиусу, а рабочие лопатки - переменный угол входа.

“Обратная” закрутка. Это ряд законов, используемых для снижения градиента реактивности по радиусу с целью уменьшения потерь на вершине рабочей лопатки и для приближения ее к профилированию с постоянным углом входа ₁ по радиусу. В этом случае предусматривают увеличение ₁, к корню и пропуск большего расхода в прикорневой зоне ступени. Примером таких способов закрутки может быть rtg₁=const или (r)=const. При обратной закрутке можно достичь повышения _ст из-за увеличения реактивности в прикорневой зоне. В то же время в ступени, спроектированной путем обратной закрутки c2a непостоянно по радиусу и это может увеличить потери в патрубке, расположенном за такой ступенью. Обратную закрутку обычно используют в ступенях с охлаждаемыми рабочими лопатками, когда реализация постоянного угла входа лопатки