0. 9.1.2 Потери от срыва пограничного слоя.

Отрыв потока от поверхности лопаток является одной из наиболее существенных причин, хотя и не всегда имеющих место, потерь при обтекании решетки. В местах отрыва образуются вихри, обуславливающие значительные потери энергии. При отрыве сужается проходное сечение канала, что может повлечь за собой уменьшение пропускной способности решетки и, следовательно, уменьшение расхода газа через турбину по сравнению с принятым в расчете.

Отрывы потока могут наблюдаться на входной части профиля, особенно когда угол атаки существенно отличается от нуля. Резкое изменение кривизны профиля, как это часто наблюдается на спинке лопатки при переходе криволинейного очертания в плоское у выходной кромки почти всегда вызывает отрыв потока.

На эпюре давлений по профилю отрыв потока характеризуется обычно наличием диффузорного участка с последующим участком постоянного давления. Для безотрывного обтекания благоприятны профили с плавно изменяющейся кривизной, при этом радиус кривизны должен постепенно возрастать от входа к выходу.

Типичная зависимость скоростного коэффициента ψ от угла β₁ для двух профилей:

1-с тонкой входной кромкой;

2 - с большим радиусом скругления входной кромки показана на рис.9.2.

Рис.9.2 Влияние угла входа потока е решетку β₁ на скоростной коэффициент .

Экспериментальные исследования показали, что на потери энергии от срыва потока влияют: угол атаки, радиус скругления входной кромки профиля и шаг решетки. Редкие решетки оказываются более чувствительными к изменению угла атаки, чем решетки с малым шагом.

Отрыв потока и связанное с ним вихревое движение внутри межлопаточного канала представляют собой очень сложное явление, поэтому аналитическое определение потерь, связанных с отрывом, оказывается очень трудоемким.

0. 9.1.3 Кромочные потери.

Кромочные потери возникают в результате взаимодействия пограничных слоев сходящих с вогнутой и выпуклой поверхностей лопатки за выходной кромкой и образованием за кромкой завихренной области - вихревого следа (см. рис.9.1). Давление и скорость газа в вихревом следе меньше, чем в ядре потока, поэтому величины P₁, C₁ и α₁ являются переменными по шагу решетки. По мере удаления от решетки неравномерность параметров по шагу постепенно уменьшается. Процесс обмена энергией между потоками вихревого следа и ядра потока протекает с потерями, в результате чего средняя кинетическая энергия потока уменьшается.

Кромочные потери учитываются коэффициентом кр кромочных потерь. Его значение зависит главным образом от относительной толщины выходной кромки S/a, где S - толщина выходной кромки; а - размер горла межлопаточного канала. Приближенно коэффициент кромочных потерь можно определить по формуле

кр = k(S/a) , (9.4)

где к = 0.1+0.22 - опытный коэффициент.

Для снижения кромочных потерь энергии толщины S выходной кромки в современных профилях уменьшается до 0.3+1.0 мм. Меньшие значения относятся к лопаткам, работающим в области перегретого пара, большие к лопаткам газовых турбин (для повышения их износостойкости).