50. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока.

Закрутку потока определяют по заданной работе окружных сил и степени реактивности:

Закрутка потока для компрессора:

Закрутка потока для турбины:

51. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора.

Кинематическая степень реактивности

Влияние на :

Коэффициент теоретического напора зависит от величины и относительной закрутки потока на входе в рабочее колесо. Величинубудем изменять в следующих пределах:.

При :

• статические давления на входе в РК и на выходе из него равны между собой .

• если не учитывать потерь при течении, то при можно принять, что относитель­ные скорости на входе в РК и на выходе из него также равны,

• межлопаточный канал имеет равные площади на входе и выходе .

Очевидно, что при в РК ступени компрес­сора будет происходить уже не сжатие, а расширение потока. Поэтому ступени смы рассматривать не будем, хотя при расширении потока в РК в целом в ступени будет происходить сжатие, которое будет осуществляться в НА, и ступень, естественно, будет работать в режиме поглощения механической энергии. Турбинные режимы (режимы передачи мощности на вал) возникнут только тогда, когдастанет больше.

При :

• статические давления на входе в НА и на выходе из него одинаковы и сжатие потока проис­ходит только в РК.

• если не учитывать потерь при течении в НА, то .

Очевидно, что при в НА осуществляется не сжатие, а расширение потока.

Наконец, отметим наиболее часто встречающийся случай . При этом изоэнтроническая работа расширения делится по­ровну между РК и НА. Если по-прежнему принять приближенно, чтото прибудем иметьит. е. скорость на выходе из РК равна скорости на выходе из НА , а скорость на входе в РК равна скорости на входе в НА .

На рис. приведены треугольники скоростей при трех значениях и трех значениях относительной закрутки потока на входе в РК(положительная закрутка, т. е. закрутка по вращению), 0 (без предварительной закрутки) и — 0,5 (отрицательная закрутка, т. е. закрутка против вращения). Окружная скорость при этом принята постоянной величиной.

При постоянной величине коэффициент теоретического напора сту­пениувеличивается с уменьшением степени реактивности (пунк­тирные линии на рис.). При входной треугольник (напомним, что ) остается неизменным и при уменьшении увеличивается угол поворота потока, увеличивается отно­сительная скорость за РКи, сле­довательно, растет абсолютная скоростьи величина.

При по­стоянной величине степени реактивности коэффициент теорети­ческого напораувеличивается с уменьшением закрутки потока на входе(вертикальные линии на рис.). При этом, естественно, увеличиваются не только скоростиивыходного треугольника скоростей, но и.

Рассмотрим изменение кинематики ступени при постоянной величине коэффициента теоретического напора (горизонтальные линии на рис). В этом случае при уменьшении степени реактивности и увеличении относительной закрутки потока происходит уменьшение относительной скорости на входе в РК и рост абсолютной скорости на выходе . Хотя угол поворота потокав РК увеличивается, но диффузорность межлопаточного канала РК не увеличивается, так как растёт величина угла.

Из рис. видно, что при больших значениях угла поворота потока в РК и при больших значениях скоростей и (и соот­ветственно чисел) достигаются высокие значения коэффи­циента теоретического напора. Однако, к сожалению, реализа­ция высоких значенийне представляется целесообразной по сле­дующим причинам:

1. Рассмотренное ранее течение в эквивалентном диффузоре показало, что при определённых значениях углов и, следова­тельно, угла поворота потока и относительной длины диффузора в нем возникает срывное течение (см. рис. 5.21). При срыве потока не только сильно увеличиваются потери, но и возникают неустой­чивые режимы работы ступени и компрессора в целом (помпаж, вра­щающийся срыв, потеря статической устойчивости), работа на ко­торых недопустима. Поэтому существуют определённые ограниче­ния на величины углов.

2. С ростом скоростей на входе в РК и НА и соответственно чиселрешетки РК и НА обтекаются на транс- и сверх­звуковых режимах. Как мы увидим ниже, на этих режимах возни­кают повышенные потери. Поэтому второе ограничение на величины коэффициентов теоретического напора связано с ограничением по числам.

В связи с отмеченным величины коэффициентов теоретического напора, как правило, не превышают значений . В связи с этим важным резервом увеличения напорности ступени компрессора является увеличение окружной скорости вращенияu, поскольку при заданной величине напорность ступени пропор­циональна квадрату окружной скорости. Однако при увеличении окружной скорости относительная скоростьи абсолютнаятакже увеличиваются. Поэтому при увеличении и надо либо при­менять специальные методы профилирования решеток, способных эффективно работать при высоких значениях чисел(см. ниже), либо ограничивать скоростиитак, как показано на рис.