- •36. Классификация турбомашин по направлению передачи энергии, по преимущественному направлению потока. Преимущества и недостатки различных типов турбомашин.
- •37. Классификация осевых турбомашин по форме меридионального сечения проточной части, преимущества и недостатки различных схем проточной части.
- •39. Классификация турбомашин по скорости обтекания профилей (истечения из межлопаточных каналов). Краткая характеристика указанных видов турбомашин.
- •40. Классификация турбомашин по числу валов. Обоснование необходимости применения многовальных турбомашин.
- •41. Основные показатели работы и параметры турбомашин. Требования, предъявляемые к компрессорам и турбинам.
- •42. Основные геометрические параметры проточной части, ограничения и перспективы развития параметров проточных частей.
- •43. Геометрические параметры профиля, краткий анализ и характерные значения.
- •44. Геометрические параметры решетки профилей и лопаток. Краткий анализ.
- •47. Активный и реактивный принцип работы ступени турбомашины. Кинематическая степень реактивности. Термодинамическая степень реактивности.
- •48. Распределение параметров потока по длине ступени в активных и реактивных ступенях.
- •49. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока.
- •50. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора.
- •51. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевой турбины.
- •5 2. Атакоустойчивость профиля и решетки профилей компрессоров и турбин. Характеристика компрессора по потерям (кпд). Факторы, определяющие атакоустойчивость.
- •54. Особенности характеристик центробежных компрессоров с различной формой лопаток.
- •55. Обобщенные и универсальные характеристики компрессора. Приведение параметров компрессора к стандартным атмосферным условиям. Возможные погрешности формул приведения.
- •56. Газодинамические основы рассогласования работы первых и последних ступеней компрессора (ступени и сети) на нерасчетных режимах работы.
- •59. Вращающийся срыв в компрессорах, надроторные устройства.
- •60. Изменение расхода воздуха через компрессор по частоте вращения. Регулирование компрессора с помощью перепуска воздуха.
- •61. Регулирование компрессора с помощью поворотных направляющих аппаратов.
- •62. Регулирование компрессора, 2-х и более вальная схема компрессора, изменение скольжения роторов при изменении частоты вращения.
- •63. Короткие, средние и длинные лопатки. Профилирование длинных лопаток по высоте, законы профилирования. Основные положения и уравнения для расчета планов скоростей по высоте.
- •64. Профилирование по закону постоянной циркуляции и закону постоянного угла выхода из соплового аппарата, сравнение с законом постоянной реактивности.
- •65. Профилирование по закону постоянной реактивности (твердого тела), сравнение с законом постоянной циркуляции.
- •66. Общая номенклатура потерь в решетках турбомашин, краткая характеристика видов потерь и их зависимость от основных режимных и геометрических параметров.
- •67. Дополнительные потери в турбомашинах: от нестационарности, в зазорах, на трение о диски, на охлаждение, с выходной скоростью.
- •68. Кпд турбомашин: адиабатный по параметрам торможения, адиабатный по статическим параметрам за турбиной/ступенью (мощностной), политропный.
- •69. Зависимость адиабатного и мощностного кпд от отношения u/c.
- •70. Оптимальные планы скоростей в активно-реактивной одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением u/c.
- •71. Распределение работы, кпд, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров.
- •73. Предел реализуемой в ступени турбины и отдельных лопаточных решетках работы (см. Вопрос 32). Влияние предела расширительной способности косого среза и запирания каналов по расходу.
- •74. Многоступенчатые турбины, турбины со ступенями скорости и ступеням и давления.
49. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока.
Закрутку потока определяют по заданной работе окружных сил и степени реактивности:
Закрутка потока для компрессора:
Закрутка потока для турбины:
50. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора.
Кинематическая степень реактивности
Влияние на :
Коэффициент теоретического напора зависит от величины и относительной закрутки потока на входе в рабочее колесо . Величину будем изменять в следующих пределах: .
При :
статические давления на входе в РК и на выходе из него равны между собой .
если не учитывать потерь при течении, то при можно принять, что относительные скорости на входе в РК и на выходе из него также равны ,
межлопаточный канал имеет равные площади на входе и выходе .
Очевидно, что при в РК ступени компрессора будет происходить уже не сжатие, а расширение потока. Поэтому ступени с мы рассматривать не будем, хотя при расширении потока в РК в целом в ступени будет происходить сжатие, которое будет осуществляться в НА, и ступень, естественно, будет работать в режиме поглощения механической энергии. Турбинные режимы (режимы передачи мощности на вал) возникнут только тогда, когда станет больше .
При :
статические давления на входе в НА и на выходе из него одинаковы и сжатие потока происходит только в РК.
если не учитывать потерь при течении в НА, то .
Очевидно, что при в НА осуществляется не сжатие, а расширение потока.
Наконец, отметим наиболее часто встречающийся случай . При этом изоэнтроническая работа расширения делится поровну между РК и НА. Если по-прежнему принять приближенно, что то при будем иметь и т. е. скорость на выходе из РК равна скорости на выходе из НА , а скорость на входе в РК равна скорости на входе в НА .
На рис. приведены треугольники скоростей при трех значениях и трех значениях относительной закрутки потока на входе в РК (положительная закрутка, т. е. закрутка по вращению), 0 (без предварительной закрутки) и — 0,5 (отрицательная закрутка, т. е. закрутка против вращения). Окружная скорость при этом принята постоянной величиной.
При постоянной величине коэффициент теоретического напора ступени увеличивается с уменьшением степени реактивности (пунктирные линии на рис.). При входной треугольник (напомним, что ) остается неизменным и при уменьшении увеличивается угол поворота потока , увеличивается относительная скорость за РК и, следовательно, растет абсолютная скорость и величина .
При постоянной величине степени реактивности коэффициент теоретического напора увеличивается с уменьшением закрутки потока на входе (вертикальные линии на рис.). При этом, естественно, увеличиваются не только скорости и выходного треугольника скоростей, но и .
Рассмотрим изменение кинематики ступени при постоянной величине коэффициента теоретического напора (горизонтальные линии на рис). В этом случае при уменьшении степени реактивности и увеличении относительной закрутки потока происходит уменьшение относительной скорости на входе в РК и рост абсолютной скорости на выходе . Хотя угол поворота потока в РК увеличивается, но диффузорность межлопаточного канала РК не увеличивается, так как растёт величина угла .
Из рис. видно, что при больших значениях угла поворота потока в РК и при больших значениях скоростей и (и соответственно чисел ) достигаются высокие значения коэффициента теоретического напора . Однако, к сожалению, реализация высоких значений не представляется целесообразной по следующим причинам:
1. Рассмотренное ранее течение в эквивалентном диффузоре показало, что при определённых значениях углов и, следовательно, угла поворота потока и относительной длины диффузора в нем возникает срывное течение (см. рис. 5.21). При срыве потока не только сильно увеличиваются потери, но и возникают неустойчивые режимы работы ступени и компрессора в целом (помпаж, вращающийся срыв, потеря статической устойчивости), работа на которых недопустима. Поэтому существуют определённые ограничения на величины углов .
2. С ростом скоростей на входе в РК и НА и соответственно чисел решетки РК и НА обтекаются на транс- и сверхзвуковых режимах. Как мы увидим ниже, на этих режимах возникают повышенные потери. Поэтому второе ограничение на величины коэффициентов теоретического напора связано с ограничением по числам .
В связи с отмеченным величины коэффициентов теоретического напора, как правило, не превышают значений . В связи с этим важным резервом увеличения напорности ступени компрессора является увеличение окружной скорости вращения u, поскольку при заданной величине напорность ступени пропорциональна квадрату окружной скорости. Однако при увеличении окружной скорости относительная скорость и абсолютная также увеличиваются. Поэтому при увеличении и надо либо применять специальные методы профилирования решеток, способных эффективно работать при высоких значениях чисел (см. ниже), либо ограничивать скорости и так, как показано на рис.