Введение

Энергетическая машина представляет собой устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования энергии из одного вида в другой. К нему относятся, в частности, турбомашины: турбины и компрессоры.

Турбина – первичная турбомашина (двигатель), в лопаточном аппарате (проточной части) которого потенцианальная энергия рабочего тела переходит в кинетическую, которая, в свою очередь, преобразуется в механическую работу непрерывно вращающегося ротора. В зависимости от вида рабочего тела различают паровые и газовые (тепловые), а также гидравлические турбины.

Компрессор – вторичная турбомашина, в лопаточном аппарате (проточной части) которого механическая работа, подводимая к ротору компрессора от какой-либо первичной машины, преобразует-

ся в кинетическую, а затем в потенциальную энергию рабочего тела. К компрессорам относятся также различные лопаточные машины: нагнетатели, вентиляторы, насосы, пропеллеры, гребневые винты.

Основным элементом турбомашины является ступень. Турбинная ступень – совокупность последовательно расположенных направляющей и рабочей лопаточных решеток (венцов). Компрессорная ступень – совокупность последовательно расположенных рабочей и направляющей лопаточных решеток.

В зависимости от направления движения основного потока рабочего тела различают осевые, радиальные, радиально-осевые и осерадиальные ступени турбомашин. Турбомашина может иметь одну или несколько ступеней (одно- или многоступенчатая турбомашина). Наиболее широкое применение получили осевые турбомашины.

Эффективность преобразования энергии в проточной части турбомашины, то есть коэффициент полезного действия (КПД) турбомашины, зависит от ряда конструктивных и режимных факторов. Для получения этих зависимостей к настоящему времени выполнено большое число теоретических и экспериментальных исследований. Их результаты способствуют глубокому пониманию рабочих процессов, происходящих в проточной части турбомашин, и позволяют обосновано принимать оптимальные технические решения при проектировании и создании конкретных конструкций турбомашин.

Физические явления в турбомашинах настолько сложны, что не всегда поддаются точному теоретическому описанию даже с помощью современных математических моделей. Поэтому в практику аэродинамических исследований элементов проточной части турбомашин прочно вошел эксперимент. Испытания тепловых турбомашин выполняются как в натурных условиях, так и на экспериментальных установках. Широкое распространение получили опыты с моделями на холодном воздухе, так как они обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с испытаниями на горячих газах или паре. Так, некоторые из преимуществ:

- простая, небольших размеров и дешёвая конструкция экспериментальной установки и исследуемых моделей;

- благоприятные условия проведения опытов и работы с приборами;

- умеренное потребление электрической энергии при проведении эксперимента;

- применение простых и дешевых материалов для моделей;

- упрощенная технология изготовления моделей, приемлемая даже для условий лабораторий вузов;

- низкая стоимость проведения опытов.

Следует отметить, что полученные опытные данные на воздухе при выполнении основных условий моделирования являются вполне правомерными для использования при проектировании паровых и газовых турбин [1,2,5].

В настоящих методических указаниях приводятся некоторые наиболее характерные примеры аэродинамического экспериментального исследования элементов турбомашин:

- опытное определение характеристик прямой решетки турбинных лопаток на статическом стенде;

- определение суммарных характеристик турбинной ступени на вращающемся стенде.

В качестве рабочего тела при выполнении указанных лабораторных работ в лаборатории турбомашин БГТУ используется сжатый воздух.