Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Расходные характеристики соплового аппарата и рабочего колеса и, следовательно, степень реактивности прм выпуске воздуха через выходные кромки рабочих лопаток практически не изменяются. Рассмотрим некоторые результаты, полученные на экспериментальной ступени 1. Работа турбины исследовалась при выпуске охлаждающего воздухв нэ выходных кромок рабочих лопаток через щели цлэриной 0,5 мм и длиной 1„, =. 25 мм. Щели располагались в средней по высоте части лопаток (см. рис. 9.8 н 9.9) и не имели перемычек, Охлвждшощмй воздух подводился к рабочим лопаткам через пустотелым вал, так что его предварительной закруткой на входе в ротор можно пренебречь. Затем ширина щелей была увеличена до 1 мм (путем их плавного расклинивания при сохранении суммарной толщины стенок) и все испытания были повторены при значениях л, = 1,7...2,6. Сопоставление характеристик исследованной ступени с рабочими ло.
латками, имеющнмн щели шириной Ь = 0,5 мм и А ! мм (приведенная ширина щели соответственно Я= Г //т = 0,26 и 0,52 мм) прн С, 0 показало, что вследствие утолщения выходных кромок при расширении щели КПД ступени несколько снизился. Приведенное утолщение кромок и связанное с этим снижение коэффициента скорости примерно составило бз(2 = 0,26мм и бф 'е 0„004. Для исследованной ступени при у= 0,5...0,55 и У, = 0,3...0,35 коэффициент влияния вф е1(см.рнс. 9.7). Поэтому снижение КПД ступени должно составлять бт) о = 0 еафбф/ф ~ О 0035, чтоудовлетиорнтельно согласуется с экспериментальным результатом. При вмпуске воздуха через щели первичный КПД заметно уменьшался, особенно прн увеличенной ширине щели Ь = 0,52 мм.
Поскольку при этом в сопловом аппаРвте коэффициент скоРости зу и Угол а з можно считать неизменными, увязка коэффициентов ч и ф (из условия равенства расчетного и экспериментального значения 71„) позволила выявить зависимость бф,„„= ф — фа от С, (рнс. 9Л6). Виу(но характерное изменение величины ф от С: прн малых значениях С, бф,„„> О, что обьясняется уменьшением кромочных потерь; при С, > 0,01 бф,„, < 0 из.эа увеличения потерь смешения. При увеличенной ширине щели снижение ф происходит особенно интенсивно, прм этом заметного увеличения ф при С, > 0,02...0,03 не нвблюззается, это объясняется пониженной скоростью истечения воздуха: прн Д = 0,26 и 0,52 относительная скорость воздуха соответственно равна те 24 С, и 12 С,.
Видно также хорошее совпаде. ние экспериментальных результатов с расчетными по данным гл, 7 (сплошные линни). По найденным значениям бф,„„было рассчитано изменение первнч. ного КПД при выпуске воздуха. Па графике видно хорошее совпадение расчетных результатов с экспериментальными. Прн уменьшении параметра усннженме 71„прн выпуске воздуха замедляется.
Зто объясняется 2М 49„ М =йгбип 77 -йэг Уие. 916. Эаеиенмоеть 6зуеаа и 00п от оа е ютпенн 7 пуи иипУехе возДУха и кРомкУ Уабоенхпопатох, п,=1,7...2,0, у--0,05...0,55.' — — раеиет по дпзиын тп. 7 снижением реактивности ступени, вследствие чего уменьшается и коэффициент влияния вв (см. рис. 9.7). Сопоставим эффективность турбины н рабочего колеса при изменении расхода охлаждающего воздуха путем увеличения ширины щели прм неизменной толщине стенок и зее = сопгб Именно такой случай представляется наиболее типичным при йроектнровочном расчете, когда известен располагаемый перепад давлений по тракту охлаждающего воздуха, а ширина щели определяется потребным расходом. С этой целью результаты, представленные на рмс. 9.16, были перестроены следующим образом.
Поскольку в исследованном рабочем коле. се при уменьшении щели в кромке до нуля (например, путем обжвтня выходной кромки) кромочные потери уменьшаются, значение коэффишаен. та скорости в подобной неохлаждвемой решетке ф„„„должно быть выше фе на бфе ~0,0035 н 0,007 соответственно при Й 0,26 и 0,52 мм. Выбирая с рис. 9.16 значения бф, соответствующие постоянным значениям те, можно с учетом указанной поправки на бфа построить зависимость бф;„„= ф — ф„„„от Се при различных значениях те . Поу(обнвя зависимость представлена на рис. 9,17. Видно, что с увеличейием С при постоянной скоростя выпуска воздуха коэффициент скорости уменьшает.- ся примерно по линейному закону. Зтот результат удовлетвормтельно согласуется с данными гл.
7. С увеличением скорости выпуска не снижение ф замедляется. Аналогично были перестроены данные, относящиеся к первичному КПД ступени. Изменение первичного КЛД по сравнению с КПД неохлаждаемой турбимы (с тонкими выходными кромками рабочих лопаток) 671'„71„— 71 „„с учетом поправки на исходное значение КПД в неох. лаждаемой турбнне 671 е = 71 ааэбф/ф в зависимости от С, при постоянной скоростм выпуска з», также представлено на рнс. 9,17. Видно, что прм ВВЕДЕНИИ ОХЛаждЕНИя рабОЧИХ ЛОПатОК Н Ме = СОП01, ПЕРВИЧНЫЙ КПД уменьшается также приблизительно линейно относительно расхода охлаждающего воздуха, Прн этом снижение КПД происходит гораздо ин- Вах Оком -ООс ОО,' О -О,ОУ (9.27) бии сиест ~в' \ ьи )7ь (9.28) ггг Рис.
037. Зависимссзь 6 азха = Ф Фиаахи Д % ибч~,=во — Вис з,оз бипр» В.= заз, йв= совах у ч 0,5; выпуск воздуха в кром- ку рабочим иопмок тенсивнее, чем при охлаждении СА и выпуске воздуха иэ выходных кромок сопловых лопаток, когда увеличение расхода смеси через рабочее колесо компенсирует возможное снижение коэффициента скорости Ч. э 5.вьдтуш воздухА в РАдиАдьный зазор из РАВОчнх лопАтОк Вмпуск воздуха в открытый радиальный зазор. При выпуске воздуха нз рабочих лопаток в открытый радиальный зазор (см.
рис. 9.8) изменение КПЛ ступени определяется в основном заполнением его воздухом (что уменьшает обычные потери от перетекания) и затратой мощности колеса нв закрутку воздуха до окружной скорости ротора на периферии и„. Кроме того, по данным 3. А. Маиушнна, из.зв неизотермичности пограничных слоев и слива их в поле центробежных сил в радиальном направлении коэффигшент скорости фза рабочим колесом может уменьшиться иа Ьф . 0,003...0,005 при Т,/Т„'г 0,8...0,7. Течение выпускаемого воздуха в открытом радиальном зазоре имеет сложный нестационврный характер и происходит под воздействием осевого перепада давлений, трения о корпус, о торцы рабочих лопаток и об основной поток в межлопаточных каналах.
Схемвтиэируя явление, положим в первом приближении, что выпускаемый воздух образует нв наружной поверхности проточной части сплошную вращающуюся пелену толщиной Ь„„, частично или полностью перекрывающую зазор. Поскольку плотность воздуха У, значительно больше плотности основного потока У, и скорость вращения пелены и„больше окружной составляющей скорости газа (изменяющейся цо ширине рабочих лопаток от см„до нуля), рассматриваемое двуслойное течение в поле центробежных сил может быль, по.видимому, вполне устойчивым.
Оценивая по порядку величины силы, действующие нв пелену воздуха в рашсальиом зазоре, и ограничиваясь важнейшими составляющи- ми, запишем уравнение импульсов в проекции на осевое направление в виде б,с„и л0„8 6р„+ л)3и Ьт,, где С, и с - расход воздуха и осевая составляющая скорости пелены; т, с У Д/2 — осевая составляющая напряжения трения со стороны основного потока; Лр„= р,„- рг — перепад давлений на периферии рабочего колеса;су- коэффициент трения гаэв о поверхность пелены; зу сь — средняя скорость газа относительно пелены; Ь и Туп — ширина са !с рабочей решетки и наружный диаметр проточнои части.
Ввиду нествционарности поверхности раздела и интенсивного турбулентного перемешивания слоев газа и пелены введение коэффициента трения имеет, конечно, условный характер. По-вилимому, его численное значение следует принимать как для очень шероховатой поверхности (су > 0,03...0,05). Из выписанного соотношения можно выразить толщину пелены Анализ этого соотношения показывает, что осевое ускорение пелены воздуха в радиальном зазоре определяется в основном перепадом давления на периферии рабочего колеса, Влияние осевой составляющей сил трения незначительно. 3начення б„„, подсчитвннме по этой формуле для исследованной экспериментально турбинной ступени при с7, = 0„02, л, = роург " 2„2 н степени реактивности нв периферии Ук„ 0,48, равны: Ь = 0,54 и 0,5 мм соответственно при су 0 и 0,03, В пренебрежении силами трения в ступенях с относительной величиной радиального зазора брему < 0,02 и Ук„0,3...0,5 для грубой оценки относительной толщнньз пелены можно испольэовать зависимость где с„и Уы — осевая скорость и плотность газа эа ступенью.
При вйпуске воздуха в радиальный зазор над рабочими лопатками затраты мощности нв прокачку воздуха через систему охлаждения ротора н изменение КПД ступени определяются соотношениями В случае отсутствия предварительной закрутки охлаждающего воздуха снижение КПД достигает максимального значения "уе Вру ап,--го ( — ) ~! — ) . созе в =йуг о,з теплрз~ Р',„з (9.32) 223 При выпуске воздуха в открытый радиальный зазор через радиальные отверстия, равномерно расположенные по контуру профиля, по-видимому, более целесообразен подвод воздуха через пустотелый ротор (см.
рис. 9.3, и). Это определяется следующим обстоятельством. Несмотря на наличие лабиринтного уплотнения осевого зазора, давление р,„в полости между ротором и статорам при подводе воздуха с закруткой может лишь немного превышать статическое давление в осевом зазоре на внутреннем диаметре, Радиальный градиент давления в осевом зазоре турбинной ступеннз уравновешивается полем центробежных сил, пропарсы цианальных Р, .
На частицы воздуха в охлаждающих каналах дейиз ствует поле центробежных сил, пропорциональных Р—. Поскольку е г обычно и < с,„то даже прн У, > Р, может оказаться, чта в каналах, рас. И 2 с е положенных вблизи входной кромки, Р, г < ӄ— . При этом радиальный градиент давления в проточной части не уравновешивается полем центробежных сил в системе охлаждения, вследствие чего при низких значениях р,„может возникнуть центростремительное течение газа через охлаждающие каналы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
