Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Поэтому практически всегда выбор оптимальных параметров решетки должен проводиться при условии получения предельного относительного шага. Выбрав оптимальное сочетание геометрических параметров (2.б), обеспечивающее минимальный уровень профильных потерь, можно построить решетку тем нли иным аналитическим методом. На этом заканчивается первый этап проектирования, который можно рассматривать как решение обратной задачи на основе статистической (регресспонной) модели.

Как известно, оценка потерь по регрессионным зависимостям производится с некоторой погрешностью, вследствие чего действительные потери в спроектированной решетке могут оказаться как меньше, так н больше прогнозируемых. Поэтому на втором этапе с целью обеспечения минимального уровня потерь в решетке проводится ес оптимизация с использованием аналитических моделей, в частности, метода установле. ння„методов расчета пограничного сяоя на лопатках и др, Проверяется распределение приведенной скорости Х„, по профилю и в межлопаточном канале, интенсивность скачков на выходе из решетки, а также возможность отрыва потока. В случае необходимости (высокий уровень волновых потерь, воэможность возникновения отрыва потока на спинке н др.) производится изменение формы спинки лопаток путем перераспределения ее кривизнм (см. разд. ЗЗ), н все расчеты повторяются до получения решетки, имеющей невысокий уровень профильных потерь прн благоприятной картине течения.

При корректировке обводов спинки профиля необходимо избегать 56 ,' скачков уплотнения на спинке вблизи выходной кромки, особенно при наличии диффузорных участков или скачков на передней части спинки, которые приводят к утолщению пограничного слоя на спинке и отрыву его под действием скачка вблизи выходной кромки (см, гл.

5). При мощпонном ускорении потока вдоль спинки пограничный слой имеет небольшую толщину, н отрыва потока при умеренной интенсивности скачка вблизи выходной кромки обычно не возникает. Как указывалось, после оптимизации решетки по уровню профиль. ных потерь (с учетом ограничений на толщину и форму охлаждаемых профилей) можно приступить к проектированию системы охлаждения. В частности, ло картине распределения Х,„ло обводам профиля проекти- руется система многорядного заградительного охлаждения, обеспечиваю. щая при заданном внутреннем конвективном охлаждении минимальное й изменение температуры металла по обводам профиля при умеренном расходе воздуха на пелену н небольших дополнительных потерях. В случае необходимости проводится коррекция формы решетки, в частности, не.

которое увеличение шага при выбранной форме профиля с целью обеспе. чения минимума суммарных потерь (включая потери от охлаждения). Оптимизация на стадия доводки, Для проверки и подтверждения прогнозируемой эффективности спроектированных лопаточных аппаратов целесообразно провести их экспериментальное исследование. Это относится к высоконагруженным решеткам с малой конфузорностью, большим углом поворота потока, с раскрытием нли поджатием мериднональных обводов проточной части и др. Такие исследования могут быть проведены на плоских нли пряммх решетках (с профилированной торцевой поверхностью межлолаточных каналов). Конечно, эти испытания не снимают необходимости экспериментального исследования лопаточных аппаратов и ступени в целом ло мере их создания и доводки.

Изготовление и испытание решеток, спроектированных на основе аналитических и регрессионных моделей, следует рассматривать как важный этап разработки высокоэффективной охлаждаемой турбины. Такие испытания позволяют в случае необходимости наметить мероприя- тия по совершенствованию окончательного варианта лопаточного аппарата. Прежде всего к таким мероприятиям относится определение оптимального или предельного шага решетки при заданных профилях и йьф = совы (т. е. сохранении пропускной способности решетки), Подобная проблема может возникнуть и при доводке соплового или рабочего лопаточного аппарата в уже изготовленной ступени. Оптимизацию решетки нли лопаточного аппарата можно выполнить также лри сохранении исходного шага и большинства других параметров, путем перераспределения кривизны спинки с целью уменьшения лере. расширения и уровня волновых потерь на спинке.

Выбор наиболее рациональной формы спинки может быть проведен как путем расчетного исследования различных ее вариантов, так и с помощью автоматизированного метода, изложенного в следующем разделе. 3.3. Оптимизация ептьпа спинки ВВОФПВИ по степини петигас)яптиния потока В коспм стиви Как указывалось, на картину течения и, следовательно, на гаэодинамнческую эффективность трансзвуковой решетки сильное влияние оказывает форма спинки профиля и, в частности, распределение ее кривизны в косом срезе, Обычно форму этого участка характеризуют углом отгиба 6. Расчеты показывают, что путем перераспределения кривизны спинки в косом срезе даже при постоянном угле отгиба б можно улучшить характер течения в решетке и, в частности, значительно уменьшить максимальное перерасширение потока на спинке.

Большая чувствительность трансзвукового потока даже к незначительным изменениям контура профиля, а также значительная сложность картины течения в межлопаточном канале на трансэвуковых режимах не позволяют выработать универсальных рекомендаций по целесообразному характеру распределения кривизны по обводам проФиля, особенно на спинке.

Для построения наиболее рациональной формы спинки профиля в трансзвуковой решетке (обеспечивающей наиболее благоцрнятную картину течения и, следовательно, снижение уровня профильных потерь) можно использовать автоматизированный метод, основанный на корреляции крввиэны поверхности с местной скоростью обтекающего потока. Как показывают расчетные и экспериментальные исследования, увеличение кривизны поверхности приводит к местному увеличению ско. рости потока, уменьшение кривизны - к его торможению.

Оптимизацию формы спинки профиля будем проводить при постоянных паРаметРах: хоРде 1, шаге б Угле Установки У, выходном сечении ат аь (нли угле 6~ агсэ1л г В толщинах д, и п3 входной н выходной кромок, а также неизменной форме корытца. Такие параметры как угол отгнба б, максимальная толщина профиля с„,„и другие при оптимиэа. цин спинки могут несколько изменяться. Варьировать форму спинки при указанных условиях будем путем перераспределения кривизны по ее обводам.

Критерием качества распределения скорости можно выбрать максимальное перерасширение потока на спинке Л,„,„Л . При яя уменьшении этого параметра уменьшается уровень волновых потерь и, возможно, потерь трения. Обычно при Л „С 1,1...1,15 распределение скорости йа спинке считается удовлетворительным. Оптимизация проводится путем решения сериц прямых задач методом установления в итерационном процессе. На каждом шаге анализируется расчетное распределение скорости ло спинке профиля, и в зависимости от ее уровня и характера распределения корректируется распределение кривизны спинки. В соответствии с отмеченным влиянием кривизны на уровень скорости кривизна в узлах расчетной сетки на спинке изменяется по следующей зависимости х,-;+ ~ ' '") (з,4) где Кг, и Кг, — исходное и новое значения кривизны в ьм узле сетки; а - коэффициент релаксацинр Л, 1,1„,1,15 - допустимая величина перерасшнрення потока иа спинке; Йч, = Ля,/Л~, тяя-, Далее ло измененному распределению кривизны восстанавливается контур спинки профиля н корректируется расчетная сегка вблизи спинки (при сохранении ортогональиостн ячеек).

Затем путем доустановлеиия от картины течения на предыдущем шаге вычисляется новое распределение , скорости Л,я по обводам профиля. Процесс продолжается до получения решетки с перерасширением потока на спинке Х, „< 1,1--1,15 Обы ~. но для выполнения оптимизации формы спинки требуется 7„.9 итераций .- с'изменением распределения ее кривизны. На каждом шаге изменение формы спинки производится, начиная с ! ' некоторой заданной точки хб ут на.ее передней части, например, точки , касания с входной кромкой.

Координаты„первая производная и кривизна в этой точке сохраняются неизменными в процессе оптимизации, - Восстановление формы спинки по откорректированной кривизне лрово4ится путем интегрирования обыкновенного дифференциального уравнения второго порядка, выражающего кривизну через первую и вторую производные, у" - Кг(х) (!+у'3)3П-0 (5.5) при следующих граничных условиях в точке ха,' уэ'. у(ха) =у ' у'(х0)-уа. Полученная в результате решетка может иметь измененные значения , аз н Ив Поэтому проводится дополнительная незначительная корректи, ровка; распределения кривизны на сливке с целью сохранения а~ и лт неизменны ми. Критерием качества распределения скорости по спинке оптимизированного профиля можно было бы считать и произвольный благоприятный ' закон ее изменения.

Однако из-за большого числа укаэанных ограниче, ' ний достижение заданного распределения возможно, как правило, лишь при одновременном варьировании и формой корытпа профиля. Нзложенная методика во многом аналогична оптимизации трансзвуковых решеток путем решения обратной задачи [19, ЗО). Отличие заклю: чается яншь в механизме смещении обводов спинки к оптимальной ' форме, а также в большом количестве ограничений, поскольку методика 'предназначена лишь для коррекции спинки в решетке, оптимизированной на первом этапе по уровню профильных потерь на основе регрессиои; ной модели, Рассмотренный подход может быть применен и для оптимизации лопаточных аппаратов уже выполненных конкретных турбин. Поскольку, как указывалось, основная доля потерь связана с обтеканием спинки, можно попытаться путем некоторого изменения ее формы улучшить картину течения и тем самым снизить уровень потерь.

Характеристики

Список файлов книги