Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Схема расположения щелей представ!тена на рис. 9.9, вар. 1У и У. Экспериасеитальные исследования показывают, что выполнение щели ла корытце практически не влияет на потери или приведенный расход в СА; выполнение щелм на спинке вблизи входной кромки уже на режнме 6 ° 0 приладит к некоторму уменьшению приведенного расхода а, в особенности прн Лми > 0,05...0,9 (когда снижение расхода составило 0,5...0,7%), Уменьшение я« при неизменной плошади проходного сечения сопловога аппарата можно объяснить некоторым снижением коэффициента скорости в горле р, вследствие турбулиэации пограничного слоя за щелью и возможным отрывам потока в зоне щели. В исследованной ступени снижение й составило 0,2...0,3%, Соответствующее снижение КПП ступени иа режимах л, = 1,7...2,2 составляло примерно Ьдо = -, г = -0,003.
Прн выпуске воздуха через щели на корытце сопиевых лопаток вблизи входной кромки па вар. 1У первичные КПД ступени 0 „и О„значительно воэрас«алм. Поскольку выпуск воздуха производится в эолу повышенного давления и малых скоростей основного потока, потерями смел!ения можно пренебречь; влияние выпускаемого воздуха на работу ступени определяется раслолагаемой работой его расширения в проточной части турбины.
В первом приближении, пренебрегая потерями по * Ф тракту охлаждающего воздуха, можно принять р,с рм. Тогда ,т г и, сито = тоо ° Я„ (9.24) Увеличение первичного КПП прм выпуске воздуха, очевидно, составит и ЬЧ„= Чю 6и-„-~~-= Че 6о !.т. ктн (925) Зависимость ЬОл, построенная по результатам испытаний прм л 1,7...2,6 и у 0,5...0,55, показана иа рис. 9.15 (верхннй график), ЭкспеЛт г"'т И т-'г г римемтальная зависимость хорошо согласуется с формул ( . 5) фо лой (9.25) особенно лри расчетном расходе воздуха 6„= 0,012 (соответствующем равенству р'„о р',е. При 6, > 0,015...0,02 р",е Ъ р",о и располагаеыая энергия воздуха быстра увеличивается. Однако возрастание б 2„при этом сдерживается снижением коэффициента скорости О, зависимость которого от 6 также показана на рис.
9.15 (нижний график). в Прн выпуске воздуха через щель на спинке по вар. У «см. р .. ) «см. ис. 9.9) первичный КПД ступени возрастал только незначмтельно. Эта объясня. ется тем, что выпуск воздуха производится в зону повышенной скорости течения и пониженного давления основного патока, вследствие чего потери смешения максимальны, а работоспособность воздуха невелика. Кроме того, прн выпуске воздуха может возникнуть отрыв потока в зоне щели. Изменение первичного КПД бм„, а также величины бв,н„в зависимости о«6, прил, = 1,7 и 2,2 наказано ма рис, 9Л5, Видна, что при 6, <0,015...0,0200„< 0,003, т. е. выпуск воздуха ма спинку сопровождается большими патерямм.
Действительно, при выпуске воздуха коэффициент скорости р сразу же начинает существенно уменьшаться н при 6, 0,02 Ь~р „= -0,007. При выпуске воздуха па каратепе лопаток по вар. 1У или на спинку по вар. У приведенный расход «аэа через сопловой аппарат к„уменьшался 2!5 примерно промарционально а,. Поэтому степень реактивности лрн выпуске практически не изменялась. Влияние охлаидежмя сопловых лопаток на гаэодмнамическую эффективность рабочего колеса. Охлаждение солловых лопаток приводит к увелмчению неоднородности патака, в частности, по шагу перед рабочим колесом, что может привести к дополнительным потерям. Влияние периодической нествционарностм и начальной турбулентности патока на дополнительные потери в рабочих решетках рассматривалось, например, н (16, 20).
Исследования разных авторов, несмотря на значительный разброс двймых, показывают„что ниболее сильно дополнительные потери ь„„, увеличиваются в слабо нагруженных (А,,„< 0,4...0,5) активных решетках, работающих при пониженных числах Пе, а также при невысоком уровне входной нестационарности и турбулентности потока. В подобных ступенях с пониженным уровнем неравномерности потока за сапловым аппаратом (в частности, при Ьсь 0,02...0,03) при увеличении указанной неравномерности происхалнт турбулиэвция течения в рабочем колесе, и величина дополнительных потерь и нем может составить ~„н, = 0,01...0,03, Напротив, при повышенных значениях числа йе, околозвуковых значениях Аьл и повышенных потерях в сопловам аппарате течение в рабочем колесе становится автомодельным относительна несгационврности на входе (ь„перестает зависеть от величины нестацнанврности).
Экспериментальные исследования турбинной ступени) прн разнообразных способах выпуска охлаждающего воздуха показали, что потери в рабочем колесе практически не зависят от степени неоднородности потока эа саидовым аппаратом. В частности, увязка значений коэффициентов скорости 0 и ф при охлаждении только сопловых лопаток в предположении ф - сапц давала зависимость р (6.), близкую к расчетной, полученной на основании результатов гл. 7. Это объясняется высокими значениями приведенной скорости в рабочем колесе и повышенным уровнем нестацнонарности за сапловыми аппаратвыи в высокоперепэдных газовых турбинах, Например, в исследованной ступени величина А„м„= 0,8...0,95, а нестационарность определяется уровнем потерь в сопловом аппарате 6са = 0,075...0,08.
Особенно велика нестационарность потока перед рабочими лопатками в около- и трансзвуковых ступенях. Как было показано в гл, 5, мз.эа возникновения системы краыочных скачков эа саплавымн лопатками в осевом зазоре возникает дополнительная значительная неоднородность по статическому давлению, которую можно характеризовать отношением рьр,,/рэщ„1,5...2. Поэтому для современных высаконагруженных ахлвждэемых газовмх турбин, по-видимому, можмо принимать, что введение охлаждения сопловых лопаток практически не сказывается на потерях в рабочем колесе.
Конечно, общий высокий уровень неоднородности потока на входе в турбину в натурных условиях приводит к некоторому увеличению потерь по сравнению с их значением в идеализированных модельных условиях с однородными полями параметров на входе. Анализ испыта- эы ний натурных турбин в условиях двигателя показывает, что в современных высокотемпературных двигателях дополнительные патерй, связанные с неоднородностью температурных полей и нестационарнастью лото. кв, ориентировочно можно принять равными б Ч„, = 0,01 „, 0,01 5, (9.26) где большие значения отнесутся к ступеням с повышенной температурой газа (Тп = 1650...1700 К). Аналогичные результаты были получены, например, Ф.
Венингом и др. Прм испытаниях турбины (17, = 762 мм. й 100 мм, л, = 1,78~ с пори. стмм охлаждением сапловых лойаток было показано, чта прн а, = 0,07 снижение зффуктивного КПД ступени составило бй, ' 0,1 (при его исходном уровне цэ 0,89); при этом снижение КПД ротора иэ-за увеличения неоднородности потока на входе не превышало 0,01. В работе [29] проведено исследование ступени (П,У=470 мм; 1р=40 мм; л, = 2,4) при интенсивном пленочном охлаждении как сопловых, так и рабочих лопаток. Испытания проводились в модельных (неиэотерммческих) условиях при Т„р/Т,'э = 0,6...0,75.
Воздух на поверхность сопловых и рабочих лопаток выпускался через большое количество рядов отверстий перфорации, наклоненных к обводам профиля под острым углом. Испытамия показали, что при выпуске О 0,05 на поверхность сопловмх лопаток КПД ступени изменялся примерно нв бц,~= -0,012; это хорошо совпадает с расчетной велмчиной бц, = — 0,011. Снижение КПД этой турбины при выпуске б = 0,08 н» поверхность рабочих лопаток оказалось примерна равным 80, = -0,022, независимо от того охлаждается нли не охлаждается сопловой аппарат. При одновременном охлаждении солловых и рабочих лопаток суммарное изменение КПД оказалось примерно равным сумме ега указанных изменений и составило бц,е = -0,035.
Другимн словами, эффективность (и ее изменение) рабочего колеса не зависит существенно ат дополнительной неоднородности потока зв соплавым аппаратом, связанной с ега охлаждением, Я.4. ВЫПУСК ВОЗДУХА ИЗ ВЫХОДНЫХ ПРОМОК РАБОЧИХ ЛОПАТОК При выпуске воздуха иэ выходных кромак рабочих лопаток изменение КПД ступени определяется в основном изменением коэффициента скорости ф потока эв рабочим колесом. Как указывалось, в рабочих решетках нз-за повышенных углов отгиба б и повышенных потерь трения уровень кромочных потерь относительно невысок. Кроме того, иэзв повышенного сопротивления системы охлаждения ротора относительная скорость выпуска воздуха иэ кромок обычно невелика (рр, =и,/ыь 0,3...0 5).
Поэтому выпуск воздуха через кромки приводит в области расходов а ~ 0,02...0,03 как правила к уменьшению коэффициента скорости ф и, следовательно, к заметному снижению первичного и аффективного КПД, Отвлекаясь от коэффициента скорости ф, снижение КПД ступени фи- 217 эа звк б183 зически более наглядно можно объяснить затратами мощности на закрутку воздуха ротором, которая нв выходе из щели может составлять с,„(0,5...0,7) л,р. В какой.то мере этн затраты мощности компенсируются уменьшением кромочных потерь прн выпуске и, главное, введением предварительной закрутки воздуха на входе в ротор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
