книги из ГПНТБ / Абрамов, В. И. Тепловой расчет турбин

щенные кривые т]ол = / (Хф, h), получены для модельных ступеней со сварной диафрагмой.

3.Сложная поверхность торцовой стенки (меридиональное

профилирование). Обычно применяется одностороннее меридио-

нальное профилирование. Меридиональное профилирование су­ щественно снижает концевые потери в сопловых решетках малой относительной высоты.

Влияние меридионального профилирования оценивается по­ правочным коэффициентом kMC, величина которого практически одинакова для всех комбинацийдвухвенечных сту­

двухвенечной ступени* Размер хорд профилей решеток двухве­ нечных регулирующих ступеней изменяется в очень широких пределах (12—150 мм и более).

Изменение размера хорды при постоянной высоте решетки приводит к изменению коэффициентов профильных и концевых

80

потерь энергии. Профильные потери изменяются в том случае, если при проектировании ступени с хордой лопатки Ью не равной хорде лопаток модельной ступени Ьм, не сохраняется подобие всех размеров профиля. Например, с уменьшением размера хорды должна возрастать чистота обработки поверхности профиля, а это существенно увеличивает стоимость изготовления лопаток. При больших размерах хорды профиля толщина его выходной кромки, если он выполняется подобным профилю модельной сту­ пени, может оказаться неоправданно большой. Так, рабочие лопатки регулирующей ступени турбины мощностью 500—600 мВт должны иметь хорду около 100 мм и, следовательно, толщину вы-

Р и с . 4 4 . П о п р а в к а к к. п . д . к ом би н ац и й K C -0A , К С -1 А , К С -0 Б , КС-1 Б на о д н о с т о р о н н ее м ер и д и о н а л ь н о е п р о ­

концевых потерь.

В предлагаемой методике расчета принята схема раздельного учета влияния размера хорд и толщин кромок на к. п. д. ступени. Поправки на изменение размера хорды сопловой решетки kbl, первой рабочей решетки /гб1, решетки направляющего аппарата kb вводятся для постоянных высот I и постоянных относитель­

ных толщин кромок профилей Д = Дlb. Относительные толщины кромок выбраны равными относительным толщинам кромок ре­ шеток ступеней, для которых построены обобщенные кривые

К . П. Д. "Пол.

Поправки, учитывающие толщину кромок направляющих и рабочих лопаток, зависят, хотя и незначительно, от высоты ло­ паток. С увеличением высоты лопаток поправки /гд несколько

81

уменьшаются, что отражает влияние вторичных течений на формирование кромочного следа в концевых зонах решетки.

Течение в решетках двух­ венечных ступеней характери­ зуется большими значениями числа Re. Следовательно, вели­ чина профильных потерь зави­ сит от относительной шерохо­ ватости поверхности лопаток. Там, где течение в пограничном слое определяется величиной относительной шероховатости, с ее увеличением профильные потери растут. Таким образом, потери в геометрически подоб­ ных решетках будут одинаковы только при одинаковой относи­ тельной шероховатости поверх­ ности, т. е. чистота ги точность обработки профиля должны возрастать с уменьшением его хорды. Современный же техно­ логический процесс производ­ ства лопаток позволяет полу­ чить одинаковую чистоту по­ верхности лопаток независимо от размера хорды профиля.

Известно, что в процессе эксплуатации турбин (особенно газовых) степень шероховатости растет, причем для лопаток ма­ лой хорды в большей степени, так как размер выступов шеро­

реальных условий работы про­ точной части турбины умень­ шение хорды лопаток при по­ стоянной относительной тол­ щине кромок снижает концевые и увеличивает профильные по­ тери решеток.

Относительная шерохова­ тость турбинных лопаток обычно

82

мала, поэтому влияние шероховатости может заметно сказаться только при малых хордах лопаток, что отражается на поправочных кривых в виде снижения величины ke (рис. 45—51). Следует от­ метить, что влияние шероховатости существенно зависит от числа М. При дозвуковых скоростях профильные потери с увели­ чением шероховатости растут. При числе М > 1,2 в дозвуковых и околозвуковых решетках профильные потери также возрастают. При М и «« 1,2 профильные потери практически не зависят от степени шероховатости. Этот экспериментально установленный факт имеет следующее объяснение: в «гладких» решетках при воз­ никновении в минимальном сечении критической скорости воз­

тывающая влияние числа Маха (т. е. перепада давлений ступени е = р%/р0), исключительно важна, так как режимы работы двух­ венечной регулирующей ступени изменяются в широких пределах. Влияние числа Маха на к. п. д. т]ол определяется изменением по­ терь и теплоперепадов в решетках ступени. При этом решающее влияние на экономичность ступени оказывают величина и зави­ симость потерь от числа Маха в сопловой и первой рабочей решет­ ках. В связи с этим очевидно, что влияние числа М должно за­ висеть от типа и характеристик применяемых решеток, соотноше­ ния площадей венцов, в значительной мере определяющих степень реакции ступени, а также от осевых и радиальных зазоров.

Обобщенные кривые к. п. д. г|оЛ = / (хф, 1г) приведены для опти­ мальных перепадов ступеней. Следует оговориться, что оптималь­ ное е не является постоянной величиной и, в свою очередь, зависит

8 3

цОч

(U

■3

D °Q ^ -4. <N,

84

от степени реакции ступени, т. е. соотношения площадей F!FX решеток. С увеличением FIFX оптимальное е уменьшается.

Поправки на влияние числа Маха (т. е. е = p j p 0), которые представляют собой отношение к. п. д. ступени при данном е к к. п. д. типовой ступени при оптимальном отношении давлений, построены для типовой ступени на основании экспериментальных данных (рис. 53). Влияние отдельных решеток, зазоров и т. д. на изменение к. п. д. в зависимости от числа М не определялось, так как в результате исследований модельных и натурных ступе­ ней фиксируется суммарная величина Дц = / (е), и трудно оце-

Рис. 53. Поправка ke на отношение 'давлений е = рг1рй в комбинациях КС-ОА, КС-1А, КС-ОБ, КС-1 Б:

нить влияние отдельных факторов. Кроме того, данные статиче­ ских исследований, особенно рабочих решеток, также не всегда дают достоверную количественную оценку, так как получены в ка­ чественно иных условиях, при малой турбулентности и степени неравномерности потока.

Поправка, учитывающая влияние перекрыши по первому ряду

рабочих лопаток. Обобщенные кривые Цол, приведенные на рис. 39 и 40, построены при постоянных значениях перекрыш, равных 1,8 мм по первому ряду рабочих лопаток и по направляющему аппарату и 2 мм по второму ряду рабочих лопаток. В реальных условиях перекрышу выбирают применительно к конструкции проточной части в пределах 1,0—3,5 мм (для коротких ре­ шеток).

В плоских решетках уменьшение перекрыши приводит к росту к. п. д. вплоть до значения А1 «=* 0. В кольцевых решетках опти­ мальное значение перекрыши Д1 >■ 0 и зависит от многих геоме­ трических и режимных параметров: осевого зазора, угла выхода потока из предшествующей решетки, веерности, т. е. параметра

= числа Маха.

85

В двухвенечных ступенях 0 = d t l ^ ^ 20, поэтому влиянием веерности можно пренебречь. Поправка на перекрышу

,f / А/ — 1,8 \

представлена на рис. 54. Величина А/ = 1,8 мм есть перекрыта типовых ступеней.

Рис. 54. Поправка на перекрышу по первому ряду рабочих лопаток комбина­ ций КС-ОА, КС-1А, КС-ОБ, КС-1Б

При малых осевых зазорах уменьшение перекрыши в кольце­ вых решетках также является эффективным средством повышения к. п. д. Однако при малых А/ следует применять разделку банда­ жей на входе в решетку. Подобная разделка бандажа по первому ряду рабочих лопаток представ­ лена на рис. 35.

валентный зазор, связанный с величинами осевого и радиального зазора:

где 6В— осевой зазор по бандажу первого ряда рабочих лопаток;

— радиальный зазор; zy — число гребней радиального уплот­ нения; ру — коэффициент расхода через радиальные уплотнения.

86

Поправка k6 на рис. 55 дана в зависимости от относительного эквивалентного зазора 6 Э— 0,85//х. Величины 6Эи в формулу, подставляют в миллиметрах; число 0,85 это эквивалентный зазор,

для которого построены обобщенные кривые к. п. д. гД.

Степень реакции двухвенечной ступени при полном подводе

Степень реакции двухвенечной ступени зависит от соотношения проходных сечений решеток, от относительной высоты решеток, отношения скоростей и/сф, отношения давлений е = р 2/р0 и от величины осевых и радиальных зазоров. При парциальном под­ воде решающим фактором оказывается степень парциальности.

Рис. 56. Зависимость степени реакции на втором ряде рабочих лопаток комбинаций K.C-0A, К.С-1А, КС-ОБ, К.С-1Б от отношения площадей F\i/Fn, а и отношения скоростей хф при ё = Рг/ро = 0,6

Наибольшие трудности при определении степени реактивности ступени на основании уравнений неразрывности и уравнений энергии связаны с определением коэффициента расхода рабочих и направляющих решеток, особенно при нерасчетных режимах, так как неизвестно влияние неравномерности и турбулентности потока на входе в решетки на коэффициент расхода. Поэтому в настоящей методике вводятся экспериментальные зависимости степени реактивности по венцам ступени от основных режимных (x4,, е) и геометрических (соотношения площадей) факторов (рис. 56—58). Эти зависимости позволяют по известным соотноше­ ниям площадей решеток ступени найти величину и распреде­ ление степени реакций, а также по заданному распределению реакции и венцам определить нужное соотношение площадей решеток.

87

Следует отметить, что использование этой поправки при боль­ ших тепловых перепадах (е <<( 0 ,2) может привести к заметной

Рис. 57. Зависимость сте­ пени реакции направляю­ щего аппарата от отно­ шения площадей FH. JF\ и FylFx и отношения ско­

погрешности, так как возникновение сверхзвуковых скоростей в сопловой и рабочей решетках изменяет качественно характер зависимости степени реакции от отношения скоростей реакции. Однако приемлемых методов расчета степени реакции в сверхзву­ ковых двухвенечных ступенях в настоящее время практически нет. Использовать формулу (51) можно только при г = р 21р0>0,20.

88

Поправка вводится к реакции Ар1 первого венца и направ­ ляющего аппарата Лрн а. Реакция рп второго ряда рабочих лопа­ ток принимается независимой от е (согласно опытным данным в диа­ пазоне 0,2 < е < 0,8 реакция ри изменяется на 1—1 ,5 %).

Влияние относительной высоты на степень реакции двухве­ нечной ступени связано с двумя факторами.

Во-первых, с уменьшением относительных осевых 6В//Хи ра­ диальных бр//х зазоров. Последние увеличиваются с уменьше­ нием 1и так как 6Ви бр не могут быть изменены пропорционально 1г.

Рис. 58. Зависимость сте­ пени реакции первого ряда рабочих лопаток ком­ бинаций КС-ОА, КС-1А, КС-ОБ, КС-1Б от отно­ шения площадей F[/F1 и отношения Хф при теплоперепаде на ступень е =

= PilPo = 0.6

Во-Еторых, с изменением коэффициентов расхода сопловых и рабочих решеток. Коэффициенты расхода рабочих решеток из­

Таким образом, изменение реакции в зависимости от относи­ тельной высоты есть результат влияния двух противоположных факторов.

Поправка на влияние относительных высот / 2 = IJ b 2 рабочих лопаток (рис. 59) учитывает в основном влияние эквивалентного зазора 6 1э. Разница в изменении коэффициентов расхода и ц2 заметно сказывается только при малых высотах решеток и учи­ тывается кривыми рис. 59 в известной мере качественно.

Таким образом, степень реакции двухвенечной ступени при

89