- •1. Общие сведения о турбомашинах
- •Основные уравнения рабочего тела
- •2.1 Поток рабочего тела в турбине
- •2.2 Уравнение неразрывности
- •2.3 Уравнение закона сохранения энергии
- •2.4 Полные параметры рабочего тела.
- •2.5 Скорость истечения рабочей среды
- •2.6 Расход рабочей среды при изоэнтропийном течении. Критические параметры. Форма сопловых и рабочих каналов.
- •2.7 Понятие о законе обращения воздействия.
- •Геометрические характеристики осевой турбиной ступени.
- •Изоэнтропийное течете газа в каналах турбомашин
- •5. Действительный процесс течения рабочей среди.
- •6. Расширение газа в каналах, образованных решеткой профилей.
- •7. Расширение рабочего тела в косом срезе лопаточного канала.
- •Обтекание газом решетки лопаток.
- •Потери энергии в турбинных решетках.
- •9.1 Профильные потери энергии.
- •9.1.1 Потери от трения в пограничном слое.
- •9.1.2 Потери от срыва пограничного слоя.
- •9.1.3 Кромочные потери.
- •9.1.4 Волновые потери.
- •9.2 Концевые потри энергии.
- •9.3 Потери энергии от взаимодействия решеток и нестационарности потока.
- •Влияние геометрических параметров решетки на ее кпд.
- •Определение геометрических размеров турбинных решеток.
- •Располагаемая энергия турбинной ступени.
- •Силовое воздействие потока на рабочие лопатки.
- •14. Действительная работа на окружности колеса.
- •Окружной кпд осевой турбинной ступени.
- •16. Движение рабочей среды в ступенях с относительно высокими (длинными) лопатками.
- •17. Профилирование относительно высоких (длинных) лопаток.
- •18. Внутренние потери энергии.
- •18.1 Потери от трения диска.
- •18.2 Потери, вызванные парциальностью ступени.
- •18.3 Потери от утечки газа через радиальные зазоры лопаток.
- •18.4 Потери от влажности.
- •Внутренняя мощность и внутренний кпд ступени.
Потери энергии в турбинных решетках.
Потери энергии в турбинных (а также компрессорных) решетках разделяются на профильные, концевые и на потери, обусловленные взаимодействием решеток и нестационарностью потока.
Профильные и концевые потери учитываются коэффициентами потерь и, которые определяются опытным путем. Полный коэффициент потерьв решетках определяется как сумма коэффициентов профильных и концевых потерь, умноженных на поправочный коэффициентβ, учитывающий взаимодействие решеток
. (9.1)
Профильные и концевые потери исследуют в неподвижных плоских изолированных решетках продувкой лопаток стационарным воздушным потоком. Для таких исследований используют стенды с аэродинамической трубой. Потери от взаимодействия решеток и нестационарности потока исследуют в специальных экспериментальных турбинах.
9.1 Профильные потери энергии.
Профильные потери объединяют группу потерь, зависящих от конфигурации профиля и шероховатости его поверхности; потери от трения в пограничном слое, потери от срыва пограничного слоя, кромочные потери, волновые потери
.
9.1.1 Потери от трения в пограничном слое.
Потери от трения в пограничном слое возникают из-за вязкости рабочей среды в связи с движением частичек газа с различной скоростью по толщине пограничного слоя. В ядре потока, где скорости частичек мало меняются, потери от трения, как и другие гидравлические потери отсутствуют .
Потери от трения в пограничном слое зависят от толщины пограничного слоя и характера движения в нем рабочей среды. В свою очередь, толщина пограничного слоя определяется степенью шероховатости поверхности лопаток и числом Re. В зависимости от Re движение среды в пограничном слое может быть ламинарным или турбулентным. На некотором участке профиля существует переходная область движения. Потери энергии в турбулентном пограничном слое существенно больше, чем в ламинарном.
Рис.9.1 Схема пограничного слоя на профиле: а - эпюра скоростей в пограничном слое; б - образование диффузорного участка.
Толщина пограничного слоя δ и эпюра скоростей в нем меняются по контуру профиля (рис.9.1,а). У входной кромки толщина пограничного слоя невелика, движение среды в слое обычно ламинарное. За входной кромкой толщина пограничного слоя увеличивается, особенно на вогнутой поверхности, с учетом торможения потока лопаткой. В дальнейшем пограничный слой на вогнутой поверхности ближе к выходной кромке начинает уменьшаться в связи с интенсивным ускорением потока. Ламинарное течение в слое на некотором участке переходит в турбулентное.
На спинке толщина пограничного слоя быстро уменьшается на участке за наибольшей кривизной профиля, где наблюдается самое резкое увеличение скорости, и вновь возрастает у входной кромки в связи с уменьшением скорости из-за образования диффузорного участка (рис.9.1,б).
Приведенные на рис.9.1 схема пограничного слоя и эпюры скоростей характерны для безотрывного обтекания потоком лопатки, что имеет место при небольшом угле атаки. Последний для современ-
ных рабочих лопаток с закругленной входной кромкой колеблется в пределах от +(2÷3)0 до –(38)0
Исследования показывают, что большая часть лопаточного аппарата паровых и газовых турбин, за исключением последних ступеней паровых турбин работает в зоне автомодельности по числу Re. Так как число Re является переменным по контуру профиля, для турбинных решеток оно определяется по формулам
, . (9.3)
где - соответственно хорда профиля сопловых и рабочих решеток;
C1, W2 - скорость потока на выходе из решетки;
коэффициенты кинематической вязкости.
По мере эксплуатации турбин шероховатость лопаток увеличивается, поскольку происходят процессы эрозии и коррозии, отложения солей, продуктов сгорания и т.п. Увеличение шероховатости приводит к росту потерь.
По опытным данным потери энергии от трения в решетках при безударном входе и дозвуковом режиме течения составляют: = 0.015+0.02 для сопловых и= 0.03+0.05 для рабочих (большие значения характерны для активных ступеней).