Расширение в косом срезе сопла.

Ранее рассматривалось течение рабочей среды в соплах, у которых выходное сечение АВ перпендикулярно оси канала.

В турбинах ось соплового канала не перпендикулярна выходному сечению, а образует с ним угол α₁ < 90° (рис. 4.12, а). Этим обеспечивается необходимое направление потока на рабочие лопатки.

По этой причине на выходе из сопла образуется косой срез ABC. Сечение АС будем называть выходным сечением косого среза, а сечение АВ — выходным, или последним, закрытым сечением сопла. Косой срез имеется и в рабочем канале.

Рис. 4.12. Расширение рабочей среды в косом срезе сходящегося (а) и расходящегося (б) сопла

Ранее отмечалось, что в сходящихся соплах без косого среза нельзя расширить рабочую среду так, чтобы ее давление стало меньше, чем критическое. Для достижения нужной степени расширения рабочей среды следует применять расширяющиеся сопла.

Опыты показывают, что при наличии косого среза в сходящихся соплах можно расширить поток до возникновения в нем давления ниже критического и получить скорость больше критической.

Это возможно по той причине, что косой срез является своеобразной расширяющейся частью насадки.

Расширение в косом срезе возникает при наличии в нем перепада давлений.

В сходящихся соплах такой перепад появляется, если давление за соплом будет ниже критического (р₁ < р_кр).

В расширяющихся соплах (рис. 4.12, б) перепад давлений в косом срезе возникает в тех случаях, когда давление за соплом оказывается ниже расчетного давления р_В в закрытом сечении сопла (р₁ < р_В).

Особенностью расширения в косом срезе является поворот потока относительно оси канала, в результате чего угол выхода α'₁ рабочей среды из косого среза оказывается больше угла выхода α₁ ее из выходного сечения сопла на величину θ (тета) (рис. 4.12, а). Таким образом, α'₁ = α₁ + θ.

Причина отклонения потока в косом срезе заключается в следующем. При наличии расширения в косом срезе, например сходящегося сопла, в закрытом сечении АВ устанавливается критическое давление р_кр, большее, чем давление р₁ за соплом.

В точке А расширение рабочей среды и изменение давления от р_кр до р₁ происходит почти мгновенно, в то время как вдоль стенки ВС давление падает постепенно.

В результате в потоке возникает разность давлений, под действием которой он отклоняется в сторону меньшего давления.

При увеличении угла α₁ расширительная способность косого среза уменьшается и при α₁ = 90° становится равной нулю (косого среза нет).

М_в = с_В /а_В — число Маха в выходном сечении сопла.

с_В - скорость рабочей среды в выходном сечении сопла;

а_В – скорость звука в выходном сечении сопла.

Увеличение числа М_в также ведет к уменьшению расширительной способности косого среза. По этой причине при равных углах α₁ расширительная способность косого среза сходящегося сопла больше, чем расходящегося.

Расширение в косом срезе используется в паровых турбинах, так как позволяет применять сравнительно простые сходящиеся сопла даже при сверхкритических перепадах давлений.

Сходящиеся сопла с расширением в косом срезе рекомендуется применять при p₁ / p₀* ≥ 0,3. При меньшем отношении давлений следует использовать сопла расходящиеся, так как расширительная способность косого среза будет недостаточна.