- •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.
17. Профилирование относительно высоких (длинных) лопаток.
Существующие способы профилирования относительно высоких (длинных) лопаток основаны на использовании радиального равновесия потока в осевых зазорах. Рассмотрим ступень с цилиндрическими обводами (рис.17.1).
Рис.17.1 К выводу уравнения радиального равновесия.
Выделим в осевом зазоре двумя цилиндрическими сечениями на радиусе r элементарное кольцо толщиной dr и шириной . Выделенное кольцо с массойвращается в осевом зазоре с окружной скоростьюС1u и на него действует центробежная сила dC.
где v1 - удельный объем в зазоре на радиусе г.
Указанная центробежная сила уравновешивается силой dP1, обусловленной разностью давлений dP1 на наружной и внутренней поверхности выделенной частицы потока
.
Приравнивая силы dС и dP1 находим условие радиального равновесия потока в осевом зазоре
. (17.1)
При отсутствии потерь в сопловой решетке из уравнения количества движения имеем
.
Выражая из последнего уравнения dP1 и подставляя его в (17.1), получим
. (17.2)
Учитывая, что
. (17.3)
Уравнение (17.2) и (17.3) являются исходными при выборе методов профилирования относительно высоких лопаток.
Наиболее распространенным способом профилирования лопаток газовых турбин является закрутка лопаток по методу постоянной циркуляции. При этом обеспечивается безударный вход потока на рабочие лопатки и сохраняются постоянные по высоте лопаток осевые составляющие скоростей С1a за сопловой и С2а за рабочей решетками, что уменьшает неравномерность поля скоростей в ступени.
Дифференцируя уравнение , получим. После подстановки в выражение (17.2) имеем
. (17.4)
Проинтегрировав уравнение (17.4), получим условие постоянства поля осевых скоростей за сопловой решеткой при изоэнтропийном течении:
. (17.5)
Аналогично условие постоянства поля осевых скоростей за рабочей решеткой: C2ur = const.
Записывая полученные условия для корневого и произвольного сечений, а также учитывая соотношения треугольников скоростей получим зависимости для изменения углов α1, β1, β2 в сопловой и рабочей решетках по радиусу ступени при закрутке лопаток по методу постоянной циркуляции:
Полагая, что параметры рабочего тела перед ступенью и за ней не меняются, изменение степени реактивности в ступени по радиусу при условии постоянства коэффициента скорости φ определяется следующим образом
. (17.6)
Особенностью ступени, спрофилированной по методу С1a=const является постоянство работы во всех сечениях по высоте лопатки.
Наиболее распространенным способом закрутки лопаток паровых турбин является закрутка их при сохранении неизменным угла выхода потока из сопловой решетки (α1=const). Достоинство рассматриваемого метода заключается в том, что сопловые лопатки ступени остаются цилиндрическими, что упрощает технологию их изготовления. Для определения закона изменения угла β2 по радиусу необходимо дополнительное условие. Чаще всего оно записывается в виде: Lu=const или β2=const по радиусу ступени.