Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 14
Текст из файла (страница 14)
веденные в работе (25), Характеристики исходной и ламинарнзованной решеток показаны на рис. 3,4. Видно, что уменьшение кривизны спинки значительно увеличило протяженность коифузорного участка. При этом заметно увеличились перерасшнреиие потока на спинке (Хьл„,„1,25 вместо 1,18 в исходной решетке) и днффузорность выходного участка течения; однако толщина пограничного слоя в конце спинки, в частности, тоншнна потери импульса значительно уменьшилась, В связи с этим, в соответствии с формулой (!.48), уменьшились и потери тройня на 8~ = 0,01...0,015.
Фактическое изменение профильных потерь в решетке будет определяться дополнительно н изменением кромочнмх потерь, которые в связи с утолением пограничного слоя на спинке должны несколько увеличиться. Оценить снижение потерь в ламинаризованной решетке можно по дан. ным гл, 2 либо с помощью экспериментальной продувки. Помимо уменьшения потерь трения в ламинариэованной решетке из-за утонения пограничного слоя уменьшается н возможность отрыва 64 ка на спинке, Эти результаты указывают, что перерасширение потока спинке 1„,,„, которое часто используется как критерий качества при ектированни решеток в большом количестве работ, не является исывающей характеристикой гаэодинамнческой эффективности решеток.
достоверно судить об эФфективности решетки можно лишь на осно.вании одновременного применения различных моделей: газодинамических (в том числе — вязких, в рамках пограничного слоя); регрессион; а в случае повышенной информативности решетки (расположении ее пространстве параметров в стороне от других решеток) — и зксперименных, Аналогичная задача проектирования плоской дозвуковой решетки с ' иннмальными проФильными потерями рассматривается в работе (31. При м определение оптимальной формы обводов профиля (типичная задача вариационного исчисления) проводится методами нелинейного программирования.
Полагая кромочные потери равными Ь,р = 0,1 4, авторы . по существу проводят оптимизацию по уровню потерь трения 2 (8, е б') 1 от. В результате прн заданных углах 0, и бье, толщинах ,:""вхоДнОй и выхоДной кРомок с)с н дь а также площади пРофилп г" ОпРеле" ляется форма спинки н корытца, обеспечивающая минимальные потери ,' трения. Дополнительно накладывалось условие безотрывного течения в ~, виде ° ь ! — — (Не)ст <В, б еи ** — „„ (3.6) ! и ай гдейе'* =По 0" /1;ш 4...6;В 0,013...0,02, Пограничный слой по обводам профиля считался турбулентным и -, определялся по результатам расчета потенциального обтекания решетки ';;:, несжимаемой жидкостью. Форма спинки и корытца задавалась полинома- .,';ми высоких степеней.
В результате показана возможность уменьшения ';псеерьтрення при Аь = 0,4...0„65 на 0Ь '" 0,0035. Экспериментальное ис: следование в целом йодтвердило результаты расчетов. Особенности проектирования тривсзвуковых ршпеток. Газодинами. ческое исследование, прогноз эффективности н проектирование транс- звуковых решеток наиболее целесообразно проводить на основе совокупности разнородных и независимых между собой моделей, в том числе аналитических (расчет невяэкого течения методом установления, расчет пограничного слоя и др.), статистических (регрессионных зависимостей для оценки потерь) и экспериментальных, При проектировании охлаждаемой трансэвуковой решетки в первую : очередь целесообразно проводить оптимизацию по уровню профильных потерь.
Прн этом сначала на основе регрессионных моделей оптимизиру. ются ее определяющие геометрические параметры, а после построения по этим параметрам решетки проводится оптимизация на основе аналитических методов по картине течения вблизи сливки путем перераспределения ее кривизны. При проектировании трансзвуковых решеток вряд лн имеет смысл 'говорить об оптимальном значении того или иного параметра, в частно- зиа а! 83 сти, относительного шага С Более целесообразно при заданных конструктивных ограничениях выявлять оптимальный набор варьируемых параметров, обеспечивающий минимальное значение профильных потерь. При этом обеспечение повышенного относительного шага решетки можно рассматривать в качестве дополнительного требования, Для уменьшения потерь в трансзвуковых решетках целесообразно уменьшать перерасширенне потока, а также интенсивность скачков в косом срезе, в том числе внутреннего кромочного скачка.
Наиболее благоприятным является монотонное увеличение скорости вдоль спинки с минимальным днффузорным участком (или слабым скачком) вблизи выход. ной кромки. Такому распределению скоростей способствует применение умеревных углов отгиба 6 = 15...5' и сужения межлопаточного канала на выходе Ез 7...4' н значений относительного шага г = 0,8...0,05 соответственно при 7 и„= 0,9...1,25, Для корневых сечений рабочего колеса, имеющих как правило пониженную конфуэорность, межлопаточные каналы должны иметь плавную сходящуюся форму. Наличие участков постоянной ширины и тем более пережатия (Е, < О) в выходной части межлопаточиого ка. нала не допускается.
ББ ГЛАВА 4 ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОХЛАИДАЕМЫХ РЕШЕТОК ФЛ, ПОЛХОЛ К ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ИССЛЕДОЕАИШО Как указывалось, характерными особенностями современных высоконагруженных охлаждаемых турбин является уменьшение относительной высоты проточной части, применение повышенных трансэвуковых скоростей на выходе из лопаточных аппаратов и их интенсивное охлажденис с выпуском охлаждающего воздуха в проточную часть. При этом доля вторичных н волновых потерь, а также потерь, связанных с охлаж.
дением элементов турбины, существенно увеличивается. В этих усло, виях разработка методов проектирования высокоэффективных турбин ' является сложной задачей, для решения которой требуются систематические экспериментальные исследования пространственной структуры ' потока в проточной части. Экспериментальное исследование картины течения в турбинной ступени, работающей в натурных условиях (прн ум = 1б00...1800К), является '' чрезвычайно сложным.
Даже при испытании натурных турбин в модель" ных условиях (например, в системе газогенератора при пониженных ' параметрах газа) определяются в основном интегральные характеристи. ки, в частности, КПД. Детальное исследование структуры потока, напри. мер эа сопловым аппаратом, возможно лишь на специально препариро. . ванных турбинных ступенях, имеющих увеличенный осевой зазор и про.
"' рези в корпусе для траверсирования потока насапком. Подобные иссле. дования дают большой объем информации, однако требуют значительных затрат времени и средств. Это ограничивает возможность проведения серийных исследований различных модификаций лопаточных аппаратов , непосредственно в условиях ступени. Поэтому часто газодинамические ,:,(и тепловые) исследования проводятся на неподвижных кольцевых лопаточных аппаратах, на секторных решетках, представляющих собой .
часть кольцевого лопаточного аппарата, или на плоских прямых решет: ках, имитирующих какие. либо коаксиальные сечения лопаточного аппарата турбины. Основной трудностью исследования кольцевых или секторных реше, ток является обеспечение близких к натурным граничных условий на ' входе и выходе, в частности, обеспечение радиального градиента давле.
иия во входном и выходном сечениях. ри отсутствии радиального градиента на выходе (или при его недостаточной величине) эа решеткой под действием поля центробежных сил возникает отрыв потока от втулки, :резко искажающий картину течения (в том числе и уровень потерь). Возникновению отрыва способствуют также всякого роде уступы илн осевые зазоры (кольцевые щели) на втулке; прн их обтекании возникает ; местный отрыв, переходящий затем в развитый отрыв потока от втулки. Относительно просто обеспечить граничные условия можно в кольце. вмх сопловых аппаратах, поскольку радиальный градиент давления на Б7 входе практически отсутствует; на выходе он может быть обеспечен путем соответствующего оформления выходного устройства (например, установкой раскручивающей компрессорной решетки). В рабочих колесах обеспечить близкие к натурным граничные условия на входе и выходе в общем случае практически невозможно, Действительна, в натурных условиях рабочий палаточный аппарат на входе имеет поля относительных скоростей и,(г) и статических давлений р~ (г), определяемые закруткой потока в осевом зазоре за сопловым аппаратами окружной скоростью вращения ротора.
Эти поля можно частично имитировать с помощью специального направляющего устройства. Однако на выходе из неподвижной кольцевой рабочей решетки при цилиндрических обводах проточной части в поле центробежных сил возникает радиальный градиент давления, в то время как в натурных условиях при осевом выходе потока из ступени он пренебрежимо мал.
Устранить градиент давления, возникающий эа неподвижной кольцевой рабочей решеткой, невозможно, При работе решетки на выхлоп в атмосферу давление по высоте лопаток выравнивается, однако при этом коаксиальность течения нарушается; на выходе возникает интенсивная радиальная составляющая скорости, что приводит к отрыву потока от втулки.
Поэтому исследование рабочих палаточных аппаратов следует проводить в условиях вращения на турбинной ступени. Исследование простейших особенностей течения, в,частности, влияния формы профиля или различных способов выпуска воздуха из лопаток на дополнительные потери в рабочем колесе целесообразно проводить на прямых и плоских ре. щетках. Исследование кольцевых сопловых аппаратов при обеспечении близких к натурным граничных условий на входе н выходе позволяет получить болылой объем данных по структуре течения, по уровню местных и суммарных потерь, по пропускной способности и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
