- •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.
6. Расширение газа в каналах, образованных решеткой профилей.
Как указано выше, турбинная ступень состоит из двух лопаточных решеток - сопловой и рабочей, в межлопаточных каналах которых происходит расширение газа. В общем случае газ расширяется последовательно в обеих решетках (реактивный процесс), в частном случае - только в сопловой (активный процесс).
Рассмотренная в предыдущих разделах теория истечения газа из сопел применима к неподвижным (сопловым) и подвижным (рабочим) турбинным решеткам.
Сопловые решетки могут образовывать суживающиеся каналы (для дозвуковых или околозвуковых скоростей) или расширяющиеся сопла Лаваля (для сверхзвуковых скоростей). В обоих случаях проходным сечением, определяющим расход газа, надо считать сечение, имеющее минимальную площадь.
Рабочие решетки, как правило, выполняют конфузорными или с постоянным поперечным сечением по длине канала. Газ входит в эти решетки с относительной скоростью W1, а выходит со скоростью W2.
На рис.6.1 схематически изображен в координатах S-I процесс расширения газа в реактивной ступени. В турбинной ступени газ расширяется от давления Pо* до P2 по условной политропе AoA2. Располагаемая работа изоэнтропийного расширения газа в ступени определяется по формуле
. (6.1)
Адиабатная работа расширения в сопловой решетке зависит от степени реактивности ступени ρ
L01 = (1-ρ)Lo.
Параметры газа на выходе из сопловой решетки по формулам приведенным в разделе 2.5.
Состояние газа при входе в рабочую решетку определяется точкой A1. Адиабатная работа расширения газа в рабочей решетке составит
. (6.2)
Из уравнения энергии в относительном движении газа через рабочую решетку осевой турбины, для случая энергоизолированного от внешней среды течения без потерь
. (6.3)
Рис.6.1 Процесс расширения газа в реактивной ступени в диаграмме -si.
Выражая состояние газа перед рабочей решеткой в параметрах торможения, найдем на диаграмме -si точку (рис.6.1) характеризующую это состояние и адиабатный перепад Поскольку то вместо равенства (6.3) можно записать
.
Для активного процесса в решетке L02 = 0 и w2t = wl. Действительная скорость w2 выхода газа из рабочей решетки меньше w2t вследствие потерь. Как и для сопловой решетки w2 можно определить через коэффициент скорости рабочих лопаток φ.
. (6.4)
По аналогии с формулой (5.3)
. (6.5)
Потери энергии на рабочих лопатках
. (6.6)
Для активного процесса в решетке
. (6.7)
Состояние газа за решеткой рабочих лопаток можно определить по диаграмме -si или определить аналитически, подобно тому, как это делалось для сопел. Температура газа
. (6.8)
Плотность и удельный объем можно определить по формулам
. (6.9)
Если ступень активная и расширение газа на рабочих лопатках не происходит, то Р2 = P1.
Как и в сопловой решетке, процесс истечения газа в решетке рабочих лопаток можно рассчитать по законам политропного расширения.
Аналогично формулам (5.9) и (5.10) для этого случая можно найти показатель условной политропы
, . (6.10)
В общем случае величина теплового перепада в сопловых и рабочих решетках переменна по их высоте. Поэтому приведенные выше соотношения надо рассматривать как средние по высоте лопаток или относить их к определенному сечению по высоте лопатки.