Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 4
Текст из файла (страница 4)
С увеличенном расходов охлаждающего воздуха р.„! н его располагаемой энергии О, значение й, или /с'„снижается. В неохлаждаемой турбина х„х„' 1. Некоторые соотношения ьшжду КПД охлаждаемой турбинм. Найдем соотношении междУ эффективными г!',е н Ц, н пеРвичными р)'„н Ц„ КПД охлаждаемой турбины, Из рассмотрения рис, 1.1 в предположении й ~ 1г, й легко получим л, -и гъ, 'г 'я з г! т (1.11) )зр. !л. опррлрррнир ррспоррсммрп рнрршй ГВМ и рхлржлюррнгр ВОрлухр Г (1.12) 'гц~ '4ь (-+) к виду * * р ! где е — тМ ~! (вследствие подмешивання охлаждающего воздуха Т Т, может оказаться Т, ~ Тр„). С учетом последнего соотношения получим (1.14) тн 1 ррр Подставляя зависимости (1.!1) н (! 14) в соотношения (1.5...1,8), получим после простых преобразований ! и, -ч е зФ (1.15) * ! лп чц ! — р Ез! (1 !6) где сз - средняя скорость потока за турбиной.
Отношение температур Тр,,„/Т! можно преобразовать с учетом со- отношений а а-1 „е; т: (РОГ где 0- в.аФ 1гЬГ аг г.ал с2 = суггс, — безразмерная скорость потока за турбиной. При отборе воздуха на охлаждение за компрессором и отсутствии предварительного охлаждения воздуха р',О:и Р',О, Т'„~ Т', О 1 и а 1 ч,-л, 1 — е Р22 (1.17) При этом н * а н.„г, а г Н„„тга т,' и Ь =«** 1-й л о в Р го (1.16) Первичные и эффективные КПД охлаждаемой турбины можно представить в виде а е * 2!и= 1! +Ьлл ! Л.- ЛО+ Ьд„; ц,р- дог Ьд,„ (1.! 9) * * И,„- дог Ьй.„, где ЧО и до - КПД мошностной и по параметрам заторможенного потока охлаждаемой турбины при отсутствии охлаждения и выпуска воздуха в проточную часп; Ьд„, 621"„, ЬЧ,~, Ьд', - изменение первичных и эффективньш КПД, связанйое с охлажденйем турбины и выпуском воздуха в проточную часть.
Иэ соотношений (1Л9) следует, что проблема определения первичных и эффективных КПД охлаждаемой турбины в свою очередь разбивается на две задачи: вычисление исходных значений КПд 21 и да в зависимости от конструктивных и газодинамических параметров ступени; вычисление приращений КПД, связанных с охлаждением н выпуском воздух» в проточную часть. Отсюда, с учетом повышенных требований к точности прогноэирова. ния КПД охлаждаемых турбин, непосредственно вытекает, что газодинамнческие исследования должны вестись как в области разработки уточненных методов расчета их гаэодинамической эффективности в зависимости от геометрии проточной части и режима работы, так и в области создания методов оценки приращений КПД, связанных с охлаждением и выпуском воздуха в проточную часть, в зависимости от параметров тур.
бины и „внешних" параметров системы охлаждения. Если известно приращение первичного КПД Ьп„в конкретной турбн. не, то пРиРашениЯ всех остальных Укаэанных выше КПД (Ьг),Е 62!',; 621',З) могут быть легко вычислены по простым соотношениям. Например, при 1б отборе воздуха на охлаждение за последней ступенью компрессора иэ (1.5) и (1,9) можно получить 621, -21, — г! Ьг1„-йа г,— ' Нв,ал (1.20) г.ае Из выражений (1,16) и (1.17) определим ~2 Ьс2 е е е 1 62 2642 62! -и -2!О- — 1 ЬЛВфг 1)Π— 2— 1 — ст 1 1-с! 42 (1.2!) (1,23) 1.2. ОХИАЖДгЬЯМЬОЛ Рпа2йтки Основные определения В современных конструкциях к охлаждаемой лопатке может одновременно подводиться охлаждающий воздух с различными начальными параметрами. Например, прн комбинированной схеме охлаждения н двухяолостной конструкции сопловых лопаток в переднюю полость подается вторичный воздух из камеры сгорания, которнй выпускается через перфорацию на передней части лопатки и создает заградительную пелену нз ее поверхности, В заднюю полость может Риа.
1.2 Соиоагавлаиие Кпд и его луиРилеииа в охлвиллеааой гурбиие где 662 ! сэ — относительное изменение безразмерной выходной скорости СО = С2 ггг,, ПРИ ВЫПУСКЕ ВОЭДУХа, КОТОРОЕ МОЖНО ЛРИВЕСтн К ВИДУ Ьсэ, Ьсэа Илпэ г соэп2 СО иэ формул (1.20...1.22) видно, что приращения кпД Ьп,з, 62)'„н завлсят помимо величины Ьц„еще от некоторых известных параметров ступени и системы охлаждения, в частности, от Н,, Н„,„, 6,, Т;О, Т',О, й„бэ. Схематически соотношения между КПД 2)„и его приращениями в охлаждаемой турбине (в том числе по сравнению с КПД неохлаждаемой турбинм 11„„„„) показаны на рис. 1.2. сгм сэр 6„(1 «„р) — ' + А, — А,„- 4 (6, + 6,)— (!.31) где «, - коэффициент профильных потерь в охлаждаемой решетке; «„„" «„ррр 6«„„«„р,- коэффициент профильных потерь в этой же решетке прн отсутствии охлаждения и выпуска воздуха(6, ~ О); «„рр=«ррр+ й «р н «ррр коэффициенты потеРь ТРеинл н КРОмочных потеРЬ ЙРи отсутствии охлаждения н 6, 0; 6«„р- изменение профильных потерь в охлаждаемой решетке вследствие увеличения потерь трения в нензотермическом пограничном слое на охлаждаемой поверхности лопаток, а также вследствие изменения потерь трения илн кромочных потерь за зоной выпуска охлаждающего воздуха; А ..
0 - соответственно энергия, вносимая выпускаемым воздухом, потерйэнергии пря смешении возду- отказаться от соблюдения условий подобия для системы охлаждения, что существенно упрощает щюведение эксперимента. В дальнейшем, вычислив по обобщенным результатам значение коэффициента скорости р н оценив действительную располагаемую энергию охлаждающе. го воздуха Нкч, при выбранной схеме и конструкции системы охлаж. дения, по формуле (1.29) легко можно определить н КПЛ охлаждвемой решетки. Иногда прн газодннамнческом исследовании охлаждаемых решеток обработку данных проводят для коэффициента «! - чз, который в данном случае не является энергетическим параметром (коэффициентом потерь, как зто имеет место для неохлажлаемых решеток), и характеризует лишь уровень коэффициента скорости ч в охлаждаемон решетке.
Об эффективности решетки можно судить по величине ее КПЛ пр или коэффициента потерь «р = 1 — Чр. Задачу создания метода расчета КПЛ охдаждаемой решетки также можно разбить на две более простых н независимых друг от друга: 1] разработка методики теплогидравлнческого расчета системы охлаждения, позволяющей при заданных параметрах охлаждающего воздуха вычислить его расход н параметры на выходе из системы охлаждения; 2) разработка методики расчета коэффициента скорости в в зависимости от параметров решетки, основного потока и „внешних" параметров системы охлаждения. В настоящей книге основное внимание уделяется решению второй из указанных задач, представляюшей собой основную, наиболее сложную часть газодннамнческого исследования охлаждаемых решеток. Зависимость коэффициента скорости ф от основных видов дополнительных потерь в охлвждаемой реиштке.
Лля выявления энергетических особенностей охлаждаемой решетки составим баланс кинетических энергий и располагаемых работ исходных смешивающихся потоков н смеси в сечении за решеткой, в котором течение можно считать выровнявшимся (все явления будем рассматривать в одномерной постановке приме. нительно к случаю одного подвода охлаждающего воздуха и без учета вторичных потерь): ха с основным потоком, уменьшение работоспособности газа из.зв отвода некоторого количества телла в лопатку.
Поделив все части этого соотношения на (б„р 6,) ср, р /2, после лро. стых преобразований получим /! р /! рс ! «ррр «см «в «о р«рр) (1.32) 2 А,„,, где «,, = — '-~ — коэффициент, учнтывающии соответственно посьтнд = р г.ар терн смешения; энергию, вносимую воздухом; отвод тепла в лопатку (при конвективном охлаждении). Это соотношение с учетом того, что б,~к 1, можно переписать также в виде Ф 1 («р+«„,) (1.33) где «,„„- коэффициент, учитывающий влияние дополнительных потерь от охлаждения и выпуска воздухв в проточную часть нв коэффициент скорости в охлаждаемой решетке, причем «,„, « — «,+«орб«„рр~', .
(1.34) Поскольку «„,рр «,„,ч.1, выражение (1.33) можно преобразовать к виду р +60 (1.35) где Фр- коэффициент скорости в охлаждаемой решетке прн отсутствии охлаждения и выпуске воздуха, Фр~ 1 — 0.5«„,,; 60,„„- приращение коэффициента скорости в решетке, обусловленйое охлаждением и выпуском воздуха в проточную часть, т. е. бчрх ~ 0'5«рхр 0~5(«~ «см «о 6« "р (1.36) Таким образом, коэффициент скорости охлаждаемой решетки Ю можно рассматривать как сумму коэффициента скорости Фрэтой же решетки при отсутствии охлаждения и приращения коэффициента скорости 6в,„р, обусловленного охлаждением лопаток и выпуском воздуха в проточйую часть.
Отсюда непосредственно следует, что исследования охлаждаемых решеток должны проводиться как для уточнения методов расчета их газодинамической эффективности в зависимости от нх геометрия и режима работы, так и для создания методов оценки дополнительр!ых потерь, связанных с охлаждением и выпуском воздуха в проточную часть. Подставляя соотношение(1.35) в (1.20) н учитывая, что 60рр„н 6 ч-1, получим и случае одного подвода охлаждающего воздуха к лопатке, что снижение КПЛ данной решетки, связанное с охлаждением н выпуском воздуха, определяется выражением ю Видно, что на величину с решзющее влияние оказывает коэффициент кромочного давления (кромочное разрежение), Так, при а, = 20...25' и йз 0,1...0,15 в зависимости от Лф коэффициент с принимает следующие значения: При среднем значении Лр -0,2 получается известная формула Флргеля - Степанова (1.50) 0,2 Х Сильное влияние донного разрежения на кромочиые потери объясняется тем, что оно прямо влияет на уменьшение полного импульса потока за решеткой.
Как показывают' экспериментальные исследования, коэффициент кромочного давления ЛВ, изменяется в турбинных решетках в зависимости от их геометрии и режима работы в очень широком диапазоне -0,8 < Лр,' < 0,2. В соответствии с этим кромочные потери в турбинных решетках могут изменяться также в очень широких пределах. В част. ности, по данным разных авторов, коэффициент пропорцнональностл ев формуле (1.49) может принимать значения в диапазоне с 0,05...0,5. Коэффициент вторичных потерь в решетках можно представить в виде 1в~ ~э.п (юю.ш ~ (1,51) где ~ъ„- коэффициент потерь трения газа ла торцевой поверхности межлопаточных каналов; ~ы — коэффициент потерь, связанных с отрывом потока на спинке лопаток под влиянием вторичных подтеканий газа с торцевой поверхности на спинку, Если принять, что потери трения в пограничном слое на торцевой по.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
