Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 41
Текст из файла (страница 41)
! и У). Поэтому учитывать затраты мощности на прокачку воздуха, выпускаемого нз кромок (насосный эффект), дополнительно при оценке КПД охлаждаемой турбинм недопустимо. В соответствие с формулой (9.! !) следует лишь оценить влияние на КПД предварительной закрутки воздуха на входе в ротор н затрат мощности на закрутку воздуха, выпускаемого вне границ проточной части. Особенности кинематики. В высокотемпературных турбинах из.за больших срабатываемых теплопереладов значение параметра у в первой ступени часто бывает пониженным. При этом за ступенью появляется закрутка потока, направленная против вращения колеса.
При и~с,л > 0,4, как это вядно нз рис. 9,1, аа> 60'. Такую закрутку можно выйравнть соответствующим выбором параметров последующих ступеней. 202 В современных двигателях часто применяют двухвальные (н трехвальные) конструкции с высоконагруженной одноступенчатой турбиной высокого давления, приводящей каскад высокого давления компрессора. При наличии значительной закрутки за ТВД (и, к 50...60') в турбине низкого давления часто применяют противоположное направление вращения ротора. Рассмотрим некоторые особенности таких турбин. Как видно из схемы, представленной на рис. 9.5, угол поворота потока в сопловом аппарате ТНЛ прн противоположном вращении ее ротора значительно меньше, чем в случае одностороннего вращения. Это позволяет применить более редкие решетки СА ТНЛ, что несколько уменьшает потери трения, а также расход воздуха на охлаждение его лопаток.
Кроме того, при этом могут значительно уменьшиться вторичньге потери в СА. С одной стороны, это связано с умень~синем поворота потока в решетке; с другой стороны — с влиянием холодных пристеночных слоев на втулке и периферии проточной части перед СА. Действительно, как схематически показано на рис. 9.5, охлаждающий воздух, подтекающий в проточную часть из системы охлаждения ротора, например, через зазоры в замках рабочих лопаток с относительной скоростью ы,,„попадает в СА ТНЛ со скоростью с,,„, направленной в случае одностороннего вращения ТНЛ от корытца к спинке лопаток СА. В зту же сторону направлена скорость см на периферии проточной части, где сохраняется значительная закрутка слоев газа, протекающих в зоне радиального зазора над рабочими лопатками ТВЛ.
Это может значительно увеличить интенсивность вторичных течений н потерь в СА ТНД с односторонним вращением ротора. Напротив, в случае противоположного вращения ротора ТНЛ течения в пристеночных слоях направлены от спинки к корытцу сопловых лонаток ТНЛ, т. е. навстречу обычным вторичным течениям.
Как указывалось в равд. 8.5, это способствует уменьшению вторичных потерь в СА. Полного выравнивания параметров потока в осевом зазоре между ТВЛ н ТНЛ обычно не происходит; в холодных следах за охлаждаемыми рабочими лопатками ТВД сохраняется меньшая скорость иве относи. тельном движении. Поэтому в абсолютном движении холодные слон газа имеют скорость с„с окружной составляющей, направленной в СА ТНЛ с односторонним вращением от корытца к спинке лопаток, Вследствие этого средняя температура газа у спинки сопиевых лопаток ТНЛ должна быль несколько ниже, чем вблизи корытца, аналогично тому, как это наблюдается в рабочих лопатках ТВД (см.
разд. 8.5). Течения в более холодных пристеночных слоях у втулки и на периферии на входе в СА ТНД усиливают парньгй вихрь и еще больше увеличивают указанную разность температур. В СА ТНД с противоположным вращением ротора сепарация более холодных следов происходит в сторону корытца лопаток; однако под влиянием вторичных течений холодные прнстеночные слои по-прежнему сохраняют тенденцию к перемещению на спинку сопловых лопаток. Поэтому разность средней температуры газа вблизи корытца и спинки лопаток в данном случае может оказаться незначительной.
В многовальной турбине может оказаться целесообразным еще боль- эбэ с?„° е~/ 1-1?1 сота!,'гъ ъР?? У' (9,16) В этих соотношениях шее увеличение теплоцерецада в первой ступенм, что прн неизменном значении и приведе! к уменьшению величины ц/с,„до 0,3.. 0,35, а угла потока эа ступенью а?- до 35...40. Повышенная закрутка потока за сту. пенью может срабатываться непосредственно в рабочих лопатках второй ступени, состоящей только иэ рабочего колеса (беэ соплового «!шарага), вращающегося в протявоположную сторону. В такой конструкции помимо сокрашения числа охлаждаемых лопаточных венцов уменьшаются н потери во второй ступени вследствие отсутствия соплового аппарата. К недостаткам такой ступени следует отнести малую гаэодннамическую нагруженность (что обуслзвливаетсл повышенным углом и! па входе в рабочее колесо), а также значительное увеличение потерь прн отклонении режима работы от расчетного. й?=9?(! р)+у! 2еу,~ 1- У, со!а,.
кэ. Игимк?гшм?м мятОЛА Малмк ОТКЛОниймй мэи ънаяизв эччшптиикэсти Охяьждьяыых тттвми Для приближенной оценки влияния основных параметров турбины на ее гаэодинамическую эффективность удобно использовать метод малых отклонений. При экспериментальных продувках в первую очередь определяется первичный мошностной КПД ступени И„, причем погрешность его определения значительно меньше погрешности экспериментальной оценки 0 „. Поэтому определим коэффициенты влияния параметров ступени прежде всего на величину И, Соответствующее изменение первичного КПД по заторможенным параметрам, а также эффективных КПД ц,е и цю легко можно оценить пересяетом (см. гл.
1). Для упрощепия рассмотрим охлаждаемую ступень с постоянным среднмм диаметром; эакруткувоздухаиа входе в ротор с,„, а также величину 6'шк положим равными нулю. В случае необходиьюсти их влиянме на КПД ступени легко можно оценить по формулам (9Л 3) к (9.14), Мощность охлвкдаемой турбинной ступени, имеющей постоянный средний диаметр, согласно уравнению Эйлера, равна ?т и (6! с! + 6?с! ) ГДЕ 6! " 6, + 6 с?? и 6! 6! + 6? и! - расходы рабочего тела перед и эа рабочим колесом; с?„и с?„- окружные составляклцие скорости перед и эа рабочим колесом; 6„— расход газа через сопловой аппарат; 6 са н 6 гк — расходы охлаждающего воздуха через лопатки соплового аппарата и рабочего колеса. Отнеся мощность ступени к располагаемой энергии основного потока С, Н,,„получим для первичного КПД и„= 2у6?(см+ 6?с?„), (9.!5) 6! 6! где6! — =1+6, а и 6! -с)- 1т6,гк — относительные Расходы Г ! рабочего тела перед н эа рабочим колесом; с, ? т — т Р, !-— 1- ! съм ?а (9.17) Т, н Т„, - действительная н адиабатическая темпершура газа в осевом зазоре; с?„, бм, П?, кРЪ бъ, и т, д.
— безразмерные скорости (отнесенные к с„, ); * з=.-! * кЫ т?ш-(р?/Ю ? ' т„"(Ырз) ? Полагая в первом приближении з! " 1 (увепнчеиме Т! вследствие потерь может компенсироваться в значительной степени в результате под. мешивания охлаждающего воздуха) я производя элементарные преобразования, получим окончательно выражение для первичного КПД: Ч„=ЭГД! Ч Р!?-Э,ЪР?К?+О?! "! Р Р Зависимости с?, н б?от параметров ступени прн !?! = 1??и 9 ф~ 0,96 показаны на рйс. 9.6.
Из соотношений (9.18) и (9Д9) видно, что первичный КПД ступени является функцией следующих параметров Ж (9.10) Эта формула позволяет оценить первичный КПД охлаждаемой ступе,ни ло известным значениям ее параметр ~р, ф, аъ У„у, б,с„, с;,к (млн 6?! и 6?) и бъ.'дри этом с„можно оценить по формуле (в пренебре. ?кении потерями в рабочем колесе) ?-'1 ??!ь-! Ь! 7" " ч ?!1 - а ?пи? ! ! + — - з1~ (9,19) Ъ вЂ”, ?, в? В выражение для И„не входит в явном виде угол В?, поскольку он определяется величинами б?, я !?Р! по соотношению )!я-! !, (9.20) аа с7 -а фгр а гав гг йг 04 р ' ас 777 фгв -фб пг и,в йз фз и цг 44 р до 44 Р, ф, а„Р„У, т, бвСА, б,„„.
(9.2с) -й (9.22) йг 04 .У, с7 зг йз р Лг фа У, и Е Рист озависииосси Р7 ос у, (а) иуспапосокарз ос У, Кр приь|= Ьа Используя обычные методы математического анализа, можно получить следующее выражеине для оценки приращения первичного К)Щ в зави- симости от приращений укаэанных параметров Зло ая Зсз З 7 ПС ЗГ ЗР, — -а — +а,о — с а — +а — +о — +а — ~+ чо Ф сз т и . г Р с ИваС У 1-Р т ап + асА боса~ пах ~иск ' где ас = а~, а,Р, ... - коэффициенты влияния. Зависимость первых наиболее простых коэффициентов влияния а,...
а„от исходных параметров ступени показана на рнс. 9.7, При расчетах параметры ступени варьировались в диапазонах и, = 16...22', у = 0,3...0,6; л, ° 2,2...3; сг ф . 0,96. Приведенные результаты относятся к серии турбин, имеющих неизменный угол потока а, за сопловым аппаратом и переменную степень реактивности Р,, Угол б, рабочей решетки соответствует безударному входу потока; угол бс соответствует соотношению (9.20). Фз.
Тттвлнл с Охлл7ц7Вдмым соплОВьцл АРлРАРАТОМ Экспериментальные исследовання дополнительных потерь, связан. ных с различными способами выпуска воздуха в проточную часть, проводятся как правило на модельных ступенях в неизотермнческих условиях (Т;а К Т;а). Рассмотрим, в частности, некоторые результаты, полученныена ступени 1 с параметрами Во= 0,293 м; )с = 40 мм; л, = 1,7...2,6; зы -Об йг 4з р, 'а йг 49 Рис.т.7.
зависнмссис кои)чипииповвпиииииач, аф, аУ, оп и ах ос У, Р =03...035; Т*о~Т;о 0,65. Схема ступени показана на рис. 9.0; раааа с — а во шетки соплового аппарата и рабочего колеса„а также варианты Ъ-'.Ч выпусков воздуха представлены на рис. 9.9. Прн обработке экспериментальных данных в первую очередь опре. делялнсь первичные КПД ц „и ц '„, а также степень реактивности Р,(9З7) и приведенный расход газа через сопловой аппарат (9.23) ссВУСА и Чс ссап гдегсА-плошадь горлового сечения соплового аппарата; р„- коэффициент скорости в горловом сечении. Кроме того, производились расчет и увязка коэффициентов скорости сг и ф, при которых расчетное и экспериментальное значения КПЛ цо сов. 267 Рле.9.$.
Схема зкепериммпалзиой отупели: е — без баллаиа иа РК; 6 - с балпалом ла РК падают. Это позволяет непосредственно на турбинной ступени выявить действительный характер изменения % и $ при различных способах выпуска воздуха. Выпуск воздуха из выходных кромок сопловьпс лопаток, При выпуске воздуха из выходных кромок сопловых лопаток первичный КПД ступени как правило заметно увеличивается по сравнению с его значе. пнем на режиме Г, О, Это'вбъясняется, главным образом, увеличением расхода смеси через рабочее колеса; если лри выпуске воздуха увеличивается и коэ$$ипиент скорости р, возрастание первичного КПД будет особенно значительным. В качестве иллюстрации на рис.
9.10 приведена экспериментальная зависимость велнчлнм Ьйл й„- Ча от е7„полученная на ступени ! прн выпуске воздуха иэ кромок сопловых лопаток по вар. 1 1см. рис. 9.9), у = 0,5; л, 1,7 и 2,2; Пе с, 1/т = (0...10) 10'. Сплошной линией нанесено расчетйое изменение Ьа) „.лйидно, что расчетные значения Ьй„удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.
Прн ширине шелл Л О,Ь мм и ее относительной длине 1,„ф 0,75 относительная скорость выпуска воздуха составляла Г, " йу б, ~ 166,, Вследствие невысоких значений с, коэффициент скорости р в сопловом аппарате при выпуске воздуха несколько уменьшался; тем ие менее, пер. внчный КПД существенно возрастал (рнс, 9,10), особенно при значениях ол 0,01...0,015, когда проявляется уменьшение кромочных потерь в сопловом аппарате, Витересио отметить, что кривая изменения первичного КПД ЬЧ„~Я,) отслеживает характерную Форму кривой ЬФ,„„Ф,) при вы.
пуске воздуха из выходных кромок сопловых лопаток. Для сравнения на рис. 9.10 пунктирной линнея нанесена аналогичная зависимость, полученная Х. В!пестом и др. иа ступени с параметрами !7,, О,бб м; И 100 мм; х,=2,"Р, 0,59;т',и/тли!. зв Рие. К9. Схема рплечок СА л РК зк«перимелзалзиой езупеии: е - еопловой аппарат; б — рабочее колесо; с..т - вариалпа вмпуека воздуха в сА При выпуске воздуха иэ выходных кромок солловых лопаток суммарный расход смеси через рабочее колесо увеличивается. Вследствие этого реактивность ступени заметно возрастает, причем у втулки значи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
