Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 13
Текст из файла (страница 13)
При этом форма оптимизированных лопаточных аппаратов только незначительно отличается от ис. ходиой, зто позволяет в ряде случаев ограничиться доработкой имеющейся оснастки (в частности, прессформ). С другой стороны, сохранение числа лопаток и их важнейших геометрических характеристик, ло-види. мому, облегчает обеспечение их статической и динамической прочности. 6,68 3.4. ИВКОТОРЬШ ПРИМИРИ ОПТИМЖЗАЦИИ 61ШЗВТОК Оптимизация по уровню профильных потерь. В качестве иллюстрации эффективности разработанных методик оптимизации рассмотрим воэможность снижения профильных потерь в сопловой решетке 1 (см, табл, 3.1) путем изменения ее шага при неизменной форме профилей н сохранении 8„6 сопы. На трансзвуковых режимах работы Л„л " 1...1,2 вслед. стане пониженного угла отгиба 6 = 8' и малой конфузорности межлопаточного канала на выходе (Ез 1,4') в решетке возникает интенсивный внутренний кромочный скачок уплотнения, пересекающий межлопаточный канал н падающий на спинку соседней лопаткиг Помимо возник.
новения значительных волновых потерь это приводит к утолщению пограничного слоя на спинке лопаток и, возможно, к отрыву потока вблизи выходной кромки. табл нче Л1 г ~р~ ш ршшт!лз„, „„„,„ евшее. ке 8!к 6е сенах Б1 Лрнмененне 1 ,2 3 95 96 М 16 16 16 0,111 0,1! 0,Ц 6,67 0,72 0,32 0,1 О 6,095 46 0,683 38 Исходная С таелнчен- ным шагом 30 М 45 1,4 5„2 14,7 6,13 0,13 31 М 0,63 0,68 11 23 0,1 6,1 6,89 Ш,з 6,! ~70,3 0,22 63,5 0,25 69,5 4 -1,2 1,2 -2,5 Исходная -5 Олзнмизи- роазнная 6,62 6,62 13 !7 О,!2 О,!2 6,8 5,5 0 3,8 -!1 3,9 Исходная Опал мнзи.
резанная Прн увеличении относительного шага в диапазоне ! = 0,67...0,82 быстро увеличивается угол отгиба 6, а также угол сужения межлопаточного канала Е! (см. решетки 1...3 в табл, 3.!). Известно, что на трансзвуковых скоростях некоторое увеличение 6 и Ез способствует повышению эффективности решетки (см. рис. 2.3 и 2.4).
Это связано, в частности, с уменьшением интенсивности внутреннего кромочного скачка, паданилего на спинку соседней лопатки, Расчетный анализ картины течения и оценка потерь по регрессионным зависимостям показали, что увеличение атно- ! Вл 89 Ш г,г 12 Л„„й рнс. 3.1, Эксперимаиззльные харакгеришкки сопиолой решвлси при ршличимх значениях озиосшельногошегз! и 82„9 М': а-зависимшзь1, оз Л~„(Решсеки1...3,табл.31В б-зависнмосзь1яр ез г лРнВЬем16' и Лзел селл , снтельного шага до ! 0,72 способствует значительному снлжению потерь, Это хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями. На рис.
3.1, а приведены зависимости ~„р от Л, в исходной и разреженной решетках. Видно, что прн увеличении шага до ! 0,72 профильные потери на трансзвуковых режимах работы уменьшились на 6г, 0,02 по сравнению с их уровнем в исходнол решетке. При дальнейшем увеличении относительного шага (1 0,82) на дозвуковых режимах потери про- : ' должают снижаться, а на сверхзвуковых режнмах - заметно возраста. "ют. Это связано с перерасшнреннем потока на спинке и возможным отрывом его вблизн выходной кромки вследствие повышенного ', угла оттиба 6 =22'. Эти же результаты перестроены на рис. 3.1, б в виде зависимости от !при различных значениях Л~ . Пунктиром нанесены значения Ойтимальнпго !и„и пРЕдельнОго1, отноеительного шага.
Видно, что на дозвуковых режимах в исследованных решетках ! „, 0,78...0,82; на :, сверхзвуковых режимах он уменьшается до 0,72,.0,75 (при этом заметно уменьшается и угол отгиба 6). График относится лишь к решеткам с за. !Шиной конкретной формой профиля. Рассмотрим результаты оптимизации дозвуковой рабочей решетки, проведенной по методике предыдущего раздела путем изменения формы спинки лопаток. Расчетное значение прнвеленной скорости на выходе !ьр = 0,8. Геометрические параметры исходной и оптимизированной решеток даны в табл, 3.1 (соответственно решетки 4 и 5).
Схемы решеток приведены на рнс. 3.2, а, Исходная решетка была выполнена с повышенной толщиной профиля с „= 0,25, углом отгиба 6 11; значительным уг, Лом отставаниЯ кРомки и„е " 4' и малой конфУэоРностью межлопаточнОго ' канала на выходе ЕЗ 1,2', 61 Сер дт дш Рб 7б 11 Леса б -41 Чш 41 б 41 рд бт рс б рис. 3.3. характерисшки рабочих реисеток а и 5 (таба. 3.1)с а - таонерические харак~еристики ретиетск 4 и 5', б - ресчетиое расиредеиеиие Л,х оо У Расчетное исследование исходной решетки 4 показало ее невысокую газодинамическую эффективность. Распределение приведенной скорости Л , по Я показано на рнс.
3.2, б. Видно, что перерасширение потока на спинке весьмаэначительно Л, „ 1,42, причем на спинке имеется протяженный участок ннтенсивйого днффузорного течения, начинающийся внутри межлопаточного канала, Уровень профильных потерь в этой решетке на расчетном режиме Л т,„= 0,0 составляет („р и 0,040. В результате оптимизации спинки (при сохрайеннн выходного сечения, толщнн кромок и формы корытца неизменными) в решетке 5 удалось уменьшить максимальное перерасшнрение потока до к, = 1,16 и устранить участок диффуэорного течения на спинке (рис. 3,2, 4 Это прн. вело к снижению уровня профильных потерь на бс, ~ 0,02, что объясняется в основном увеличением угла отгиба (6 и 23' вместо 11* в решетке 4), некоторым уменьшением толщины профиля (с „= 0,22 вместо 0,25 в ре.
щетке 4) и большей конфузорностью канала в выходном сечении (Ет 6,9'вместо!,2' в решетке 4). Иэ рис. 3.2, д также видно, что изменение формы спинки профиля в оптимизированной решетке незначительно. Рассмотрим результаты оптимизации трансэвуковой рабочей решетки 6 (табл. 3.1), имеющей умеренный угол отгиба Ь 13', пониженную кон.
фуэорность межлопаточного канала на входе Е, = 0 и диффузорный участок (бочкообразность) на выходе (Е, -П ). В этой решетке на транс. звуковых режимах интенсивный внутренний кромочный скачок уплотнения пересекает межлопаточиый канал н падает на спинку лопатки в зоне косого среза (рис. З,З, а). Как указывалось„это приводит к утолще. нию пограничного слоя на спинке и отрыву его вблизи кромки под действием второго скачка уплотнения, замыкающего зону перерасширення бт рис.
3.3. Характеристики рехтеоис б и 7 (таба. 3.1): ° -)хкчетиое расиредехеике Л „во б в решетках б и 7; б — аависинасш (хр и стркр от Лаев , потока в косом срезе. Вследствие этого потери в решетке 6 на трансзвуковых режимах работы достигали Ь„р: 0,1 (рис. З,З, б). В оптимизированной решетке 7 угол отгиба увеличился до 6 = 17,2; а " угол сужения межлопаточного канала на выходе — до Ет 4', что близко к его оптимальным значениям. Вследствие этого внутренний кромоч. ный скачок практически исчез; распределение Лаи по спинке стало наиболее благоприятным — конфузориым вплоть до выходной кромки, где возникал замыкающий скачок уплотнения. Однако из-за малой толщины пограничного слоя это не приводило к отрыву потока вблизи кромки; прн этом потери в широком диапазоне трансзвуковых скоростей сохранились на умеренном уровне б„р = 0,05...0,06.
Учитывая повышенную толщину выходных кромок (с(т = 0,25), а также большой угол поворота потока, эФфективность решетки 7 следует припать удовлетворительной. На рис. 3.3, б приведена также зависимость коэффициента кромочного давления Л ркр от Лв „откуда следует, что Уровень кромочных потерь в решетке 7 достигал Ь„р 0,02...0,025. Таким образом, величина потерь трения ь, = 0,03...0,035, что хорошо согласуется с нх значением, подсчитанным по параметрам пограничного слоя. Оптимизация по уровню потерь тренше; ламииариэощниые профили. В ниэкопереладных (дозвуковых) последних ступенях многоступенчатых турбин число Не может иметь пониженное значение, вследствие чего значительную долю суммарных потерь в решетках составляют потери тре.
ния. Особенно значительными потери трения могут оказаться в рабочих решетках с большим углом поворота потока, где величина их может составлять 0,02„.0,04. Потери трения связаны в основном с обтеканием спинки и, главным образом, ее выхолного участка, на котором течение в пограничном слое имеет турбулентный характер. Сокращение протяженности турбулентного участка течения на спинке может заметно умень. шить потери трения. 53 Гас —.10' 5,5 р (Рл/Р Р брхФ ст о рис.
зл. харахпсримипи лыаоппиропыпвй решетки по шалым (тз): а — рмлродыпыпа р /р ь по салолам прсфипл; а - распредеымие тмимсиы петери импульса по спимсе профили; — - - — исходный п ройала; — - лампииаироааииый прориль; о- тоепа жрелола л потралимвм слое С этой целью форму профиля в решетке следует изменить таким образом, чтобы на большей части спинки течение было ускоряющимся, а диффузорный участок и связанная с ним турбулизация пограничного слоя возникали лишь в конце спинки. В качестве иллюстрации рассмотрим ре. зультаты ламннаризацни рабочей дозвуковой решетки (Мь 0,74), при.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
