книги из ГПНТБ / Ипатов Е.А. Теория и тепловые расчеты корабельных паровых и газовых турбин учебник
.pdfкосом скачке в месте излома и в прямом скачке во входном сечении межлопаточного канала.
Метод МЭИ — метод прямого скачка заключается в том, что входная часть выпуклой стороны профиля выполняется малой кри визны. Конструктивный угол входной кромки выбирается таким, чтобы торможение происходило в прямом скачке во входном сече нии межлопаточного канала.
Межлопаточные каналы в решетках с профилями группы В имеют сужающе-расширяющуюся или расширяющуюся форму. Кривизна выходной части выпуклой стороны профилей группы В, так же, как и у профилей группы Б, делается минимальной.
На рис. 1-40 показаны профили, отработанные по методу ЦНИИ им, А. Н. Крылова и методу МЭИ.
В табл. 3 даны геометрические характеристики некоторых про филей группы В, рекомендуемых при М — 1,3-г-1,6, отработанных МЭИ.
Следует отметить, что задача отработки высококачественных профилей группы В не является еще решенной и для своего реше ния требует дальнейших экспериментальных и теоретических ис следований.
Т а б л и ц а 3
Тип решетки Обозначения профилей
ТР-1В Рабочие ТР-2В активные ТР-ЗВ
TP-IBC*
Углы входа |
Углы выхода |
|
потока в ре |
потока |
из ре |
шетку, град |
шетки, |
град |
19—25 |
18-21 |
|
22—30 |
20-25 |
|
26—35 |
25—30 |
|
20 |
18 |
|
Оптимальный относит, шаг
0,550-г-0,625
0,625
* Профиль отработан по методу ЦНИИ им. А. Н. Крылова—ступенчатого торможения.
В процессе экспериментальной проверки качества новых про филей турбинных лопаток, представленных в табл. 1,2 и 3, были получены гидродинамические характеристики решеток, составлен ных из этих профилей. Гидродинамические характеристики пред ставляют, обычно, в виде зависимости коэффициента профильных потерь в решетке Спр, коэффициента концевых потерь Ск и угла выхода потока из решетки (Зг от основных геометрических и режим ных параметров, то есть эти характеристики имеют вид функций:
Спр = Л (Pi. м , |
% Ру) ; |
|
Ра= /2 |
(Pi: М> Re, |
t, РУ); |
Ск — fa |
(^? Pi? р2). |
|
51
Рис. 1-41. График зависимостей о1= / 2(<; Ру) и £np=/ito Ру) Для профиля С-1
Рис. 1-42. |
График зависимостей |
— |
=Л№ Ру) |
и £np=/i(^; Ру) для профиля |
|
|
С-2 |
|
52'
Рис. 1-43. График зависимостей =
= /з№ Ру) и Спр“ Л№ Ру) для профиля С-3
Рис. 1-44. |
График зависимостей |
= |
= М Ь Ру) |
и £np = / i ( ^ ; Ру) Для профиля |
|
|
С-4 |
|
53
Рис. 1-45. |
Обобщенный |
график дг;пр= / ( а вх; г) |
для |
профилей |
сопловых лопаток: а — для профиля |
С-1; |
|
б — для профиля С-2; |
в — для профиля С-3; г —для |
||
профиля С-4. ----- |
,7; |
|
|
54
A* Fry
Рис. 1-46. Изменение £Пр и Рг при изменении угла {3t для решеток, со ставленных из профилей Pl-I (А-20)
при Ру = 66°. |
— О — Ojj - |
при |
|
7 = 0,60; |
— * — * — при t = 0,70; |
||
— |
• — • — |
при t = 0,80 |
|
А
Рис. 1-47. Изменение £пр и р3 при изменении pi для решеток, состав ленных из профилей P1-I (А-20) при
Ру = 71°; —0 —0 — при t — 0,575; -- * — * — при t = 0,69; — • — • — при £ = 0,75
СП
СЛ
Сл
0 5
A* U
Рис. 1-48. Изменение Спр и р3 при изменении ^ для решеток, состав ленных из профилей Р1-ЦА-20) при
Ру = 74°; — 0 — 0 — при < = 0,6;
— * — * — при < = 0,65; — • — • — при < = 0,75
Рис. 1-49. Изменение £пр и р2 при изменении р3 для решеток, состав ленных из профилей P3-I (А-24) при
ру = 71°; — 0 — 0,— 1:при‘ 7 = 0,6;
— *' — при < = 0,69; — • — • — при < = 0,79
Рис. 1-50. Изменение £Пр и р3 при изменении ^ для решеток, состав ленных из профилей P3-I (А-24) при
ру = 76°; — О —_0 — при t = 0,6;
— * — » — при t= 0,69; — • — • — при t — 0,79
Рис. 1-51. |
Изменение Спр и р2 при измене |
|
||||
нии |
Pi |
для |
профилей Р4-1 (А-26) |
при |
|
|
Т*=0,64 |
и |
различных |
значениях |
ру; |
|
|
— 0 — 0 — при ру= 72°; |
— * — * — |
|
||||
при |
ру = |
75°; |
— • — • — |
при ру = |
78° |
57 |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1-52. Изменение С„р и Ро при изменении pt для профилей P4-I (А-26) при ру_=75° и различных зна
чениях t\ _ - |
д _ д _ |
при t = 0,576^ |
—о —О — при |
t = |
0,64; |
при t = |
0,75 |
Рис. 1-53. Изменение Спр и р2 при изменении Pj для профилей” P5-I
(А-30) при ру = 72° и 7— 0,7
58
Гидродинамические характеристики решеток и основные раз меры эталонных профилей, разработанных различными организа циями, объединены в отраслевых нормалях, изданных ЦКТИ [50].
На рис. 1-41 ~ 1-54 представлены гидродинамические характе ристики решеток профилей, разработанных ЦНИИ им. А. Н. Кры лова и применяемых, главным образом, в корабельном турбострое нии.
•I
Я »
т
<4 |
i t X\ |
1 |
W |
4* |
<1 |
w |
4* |
U |
н
Рис. 1-54. К определению коэффициента ко.н-
цевых потерь: |
а — в решетке сопловых ло |
||||
паток с профилем лопаток С-1 |
(Яег = 4 • 10s; |
||||
yVf1=0,3; |
овх=90°; |
=36-45°; |
7=06—0,8; |
||
6=0,0055); |
б — в решетках рабочих лопаток |
||||
с профилями Pl-I |
(А-20), P3-I |
(А-241 и P4-I |
|||
(А-26) (Яеэ = |
3,7 • 10s — 6.7 • 10s; |
М2= 0,3; |
|||
t = ^pac4i0,15; |
Pi=Ppac4i5°I |
Py= Ppac4i2,5°; |
|||
|
|
3 = |
0 ± 4 • Ю-з) |
|
|
§ 7. ВЛИЯНИЕ КОЛЬЦЕВОЙ ФОРМЫ ТУРБИННОЙ РЕШЕТКИ
Рассмотренные исследования турбинных решеток, характери зующие природу потерь, влияние различных геометрических и ре жимных параметров, в равной степени относятся как к прямым, так и к кольцевым решеткам.
Однако в кольцевых решетках при увеличении или уменьшении длины лопаток свыше определенных пределов возникают дополни тельные потери, так как условия течения в межлопаточных кана лах будут отличаться от условий течения в соответствующих пря мых решетках.
В кольцевых решетках оптимальные условия течения можно обеспечить, очевидно, лишь в одном сечении лопатки (за которое обычно выбирается сечение на среднем диаметре D). В сечениях, близлежащих к выбранному, также будут сохраняться, примерно, оптимальные условия течения. Но если лопатка имеет достаточную
59
длину, то, по мере приближения к концам лопаток, шаг их и усло вия обтекания будут все больше отличаться от оптимальных в вы бранном сечении. Это обусловливает образование так называемых веерных потерь д„еер •
Величина веерных потерь может быть определена с помощью следующей формулы для коэффициента веерных потерь [32]:
Чтобы свести величину веерных потерь до минимума, при оп ределенных длинах лопаток, которые характеризуются величиной
-j-, цилиндрические лопатки заменяются так называемыми винто
выми или закрученными лопатками с переменным профилем и дру гими геометрическими параметрами решетки по высоте (см. § 5
гл. II).
Вкольцевых решетках в отличие от прямых, кроме того, обна руживается несимметричное расположение вихревых областей по концам лопаток и потери в корневых сечениях существенно боль ше, чем в периферийных.
Вкольцевой решетке с короткими лопатками, в которой конце вые потери являются доминирующими, суммарные потери будут увеличены по сравнению с прямой. Для уменьшения концевых по терь в этом случае, наряду с использованием рабочих решеток, имеющих диффузорно-конфузорные каналы (см. § 4), применяют специальное профилирование направляющих решеток в меридио нальной плоскости.
Меридиональное профилирование (профилирование по высоте) каналов имеет целью уменьшить скорости на выпуклой стороне и тем самым разности давлений между вогнутой и выпуклой сторо нами на участках максимальной кривизны межлопаточного кана ла, где интенсивно развиваются вторичные течения, и обеспечить наиболее конфузорное течение в косом срезе. Благодаря этому на бухание пограничных слоев на выпуклой части профиля и на тор цевых поверхностях будет уменьшаться.
Как показывают опыты МЭИ [19], наилучшие результаты дает такая форма меридионального профиля канала, которая обеспечи вает поджатие потока в зоне косого среза, то есть в области, рас положенной за наиболее криволинейным участком канала.
На рис. 1-55 представлена форма верхнего обвода, соответст вующая оптимальному варианту меридионального профиля, и дано сравнение распределения потерь по высоте лопатки в решетке с прямолинейными обводами и с поджатием.
Как видно из рисунка, в решетке с поджатием потери на конце лопатки, прилегающем к профйлированной стенке, остаются таки ми же, как у решетки с прямолинейным обводом, а у корня лопат
60