Вопрос№10

4. Классификация турбинных решеток.

На каждом турбостроительном заводе принята своя классификация турбинных решеток.

В дальнейшем будем рассматривать профили МЭИ классификации, приведенной ниже.

Как сопловые, так и рабочие (активные) решетки различают по диапазону чисел Маха (М), на которые они спрофилированы:

• А – для дозвуковых скоростей (М < M*=0,85);

• А_К – дозвуковые для малых высот лопаток;

• Б – околозвуковых скоростей (М* < M < 1,2);

• В – сверхзвуковых скоростей (М > 1,2);

• Р – суживающиеся / расширяющиеся для сверхзвуковых скоростей (для рабочих решеток).

Обозначения типов профилей.

Первая буква: С – сопловая; Р – рабочая.

Две цифры: значение расчетного угла входа потока.

Две цифры: значение угла выхода потока из решетки (среднее значение диапазона углов, для которых может применяться данный профиль).

Последняя буква: уровень скоростей, на которые рассчитан профиль.

Пример: С – 90 – 12 А - это сопловая решетка с α₀ = 90˚, α₁ = 12˚ , рассчитанная на дозвуковые режимы истечения.

Р – 30 – 21 А - это сопловая решетка с β₁ = 30˚, β₂ = 21˚ , рассчитанная на дозвуковые режимы истечения.

. Выбор типа турбинной решетки.

Он осуществляется подбором соответствующего профиля из числа применяемых в турбостроении. На турбостроительных заводах используют отраслевые нормали профилей, разработанных в ЦКТИ, МЭИ, ЛМЗ и других организациях.

Из расчета обычно известны α₀, α₁, l₁ для сопловой решетки и β₁, β₂, l₂ для рабочей решетки. Известны скорости истечения и числа Маха М₁ и М₂.

Из условия обеспечения необходимой прочности выбирают значения хорды профиля b₁ и b₂. По этим данным в атласе подбирают профиль и его характеристики. Для окончательного формирования решетки необходимо определить число профилей в решетке z:

,

где d – средний диаметр решетки;

е – степень парциальности;

t – шаг решетки.

Полученное значение z округляют до целого, а для решеток диафрагм, которые состоят из двух половин, z принимают четным.

Затем корректируют шаг профилей в решетках:

.

Вопрос№11

Потери энергии в турбинных решетках.

Для анализа потерь энергии в решетках целесообразно рассматривать их по составляющим. Общие потери ζ представляют собой сумму профильных и концевых потерь:

.

Профильные потери проявляются в лопатках бесконечно большой длины без учета концевых явлений (или в относительно длинных лопатках в средних сечениях по высоте решетки). Профильные потери условно разделяют на потери трения, кромочные и волновые:

.

Потери трения ζ_тр связаны с течением в пограничных слоях на вогнутой поверхности и спинке лопатки вдали от ее концов, т.е. эти потери определяются трением на профиле лопатки, а также потерями энергии в случае отрыва потока от этих поверхностей. Чем больше толщина пограничного слоя, тем больше потери трения.

Для предотвращения отрыва потока как сопловые, так и рабочие решетки выполняют с конфузорным течением (давление снижается, скорость увеличивается) практически вдоль всей вогнутой и выпуклой части профиля.

Кромочные потери ζ_кр обусловлены вихреобразованием за кромками профиля, а также с внезапным расширением потока за кромками.

Стекающие с обводов профиля пограничные слои и вихри за кромками образуют кромочный след, в котором наблюдается значительная неравномерность параметров потока: значение и направление вектора скорости, статического давления. Наибольшая неравномерность наблюдается непосредственно за кромкой. Постепенно, за счет взаимодействия с основным потоком, ширина кромочного следа увеличивается, неравномерность уменьшается, поле скоростей выравнивается.

Рис.1

Кромочные потери энергии в решетке определяются, главным образом, отношением толщины выходной кромки к размеру горла:

.

Для сопловых решеток: .

олновые потери ζ_волн обусловлены образованием в потоке при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях на выходе из решетки скачков уплотнения. Скачки уплотнения в потоке воздействуют на пограничный слой, вызывая его утолщение и иногда отрыв, что приводит к возрастанию потерь энергии в решетке. Волновые потери возрастают с увеличением числа Маха М потока в решетке.