Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Из рис. 9.20 видно, что в этом случае изменением первичного КПД в пределах 6, < 0,02...0,03 практически можно пренебречь. Ф.гс ВНПУСК ВОЗДУХА В ОСВВОИ ЗАЗОР СТУДВНД В охлаждаемой турбинной ступени часть воздуха, подаваемого в охлаждаемые рабочие лопатки (или обдувающего диск), поступает в осевой зазор между сопловыми и рабочими лопатками на внутреннем диаметре.
Поскольку скорость воздуха с, по величине н направлению существенно отличается от скорости газа сс,„возникают значительные потери, приводящие к снижению эффективности турбины. Это явление применительно к паровым турбинам исследовалось в ряде опубликованных работ.
В частности, М. Е. Дейчем и Б. М. Трояновским на основании обобщения ряда исследований показано, что подтекание рабочего тела в проточную часть в осевом зазоре у втулки приводит к снижению КПД ступени на бл н — 6, в случае нулевой н положительной реактивности у втулки и на бл = -(2...2,5)6' в случае отрипаг тельной реактивности у втулки Уьв, * -(0,15...0,25). С увеличением подтекания степень реактивности ступени возрастает, причем особенно интенсивно на внутреннем диаметре.
Потери, возннкаюцше при подтекании возлуха в ОСЕвон зазоР ступени, условно можно отнестк к сопловому аппарату и учесть при расчете коэффициента скорости ср по формулам гл. 7. В этом случае дополнительное снижение р можно оценить по формуле (1.33), приведенной к виду, брус 0 5(вгв Рвсн 6э)» (9.39) - 1 с св д (.=6,1...60~ Св 11 С,„+Смз Свез См — СКОРОСТЬ Впэдука И ЕЕ СОСтаняяыщнс При ПО- падании его в осевой зазор (раднальная составлявшая воздуха с„не изменяет количества движения потока, поэтому ею можно прейебречь); 226 Из формулы видно, что неличие окружной составляющей скорости воздуха, направленном по скорости основного потока,может зиачитель. но уменьшить снижение коэффициента скорости ~р прн выпуске воздуха в осевой зазор ступени.
Напротив, при отсутствии закрутки и осевой составляющей скорости воздуха бсру, = — 6,. Такое уменьшение ср при У,,вс н 0 С УЧЕТОМ УВЕЛИЧЕНИЯ РаСХОДа СМЕСИ ЧЕРЕЗ РабОЧЕЕ КОЛЕСО Иа 6, прйводит к уменьшению первичного КПД на бц„ш - Чо 6,. (9ЗБ) В некоторых случаях, например, при большом угле раскрытия про. точной части или значительной отрицательной реактивности у втулки в корневом сечении рабочего колеса может возникнуть отрыв потока, и потери значительно возрастут. Можно оценить изменение первичного КПД ступени при выпуске воздуха в о«; ой зазор также следующим образом, Воздух, поступающий в осевой зазор на внутреннем диаметре со скоростью сэ разгоняется основ- ИЫМ ПОТОКОМ ПрИМЕрНО дО СКОрОСтИ Ссвг На ЭтО ГаЗОМ ЗатраЧИВаЕтея работа Я.с = 6, (спн — с, соа9)с1., где 6 (с — с соз 9) - импульс сил взаимодействия газа я выпускаемого где в ш» в я воздуха.
Прн этом энергия смеси перед рабочим колесом увелнчиваетс на ы..- с.( — + н,), Хв "1 Д, где н, = — ив 7; (1 — (рз/рсва) "в )- работа расширения воздуха в рабочем колесе при рс„> Р,. Изменение первичного КПД при этом можно представить в виде Ф в — ( сви сезн1взссеа впи1вс 1в Рг.вз 2 (9.37) В большинстве случаев степень реактивности нв внутреннем близка к нулю, в влияние осевой составляющей скорости воздухе пре- небрежимо мало. В этих условиях сю »папава 1 э»„- -б,чф-г '*).
пад (9.38) При отсутствии начальной закрутки потока Ьп„= — 6, па. В сл чае выпуска воздуха со скоростью основного потока у втулки Ьп„= па 6',. Конечно, рассмотренная модель явления и полученные соотношения являются достаточно грубым приближением. В действительности полного выравнивания параметров подтекающего воздуха н основного потока у втулки ие происходит. В этом случае воздух попадает в межлопточ ые канвльр рабочего колеса в относительном движении под большим н отрицательным углом атаки, что приводит к интенсификации вторичных течений и вторичных потерь у втулки (см.
рвзд, 8,5). Поэтому рассмотрим другую модель влияния подтеквннй на эффективность ступени, согласно п нсх которой смешение воздуха и основного потока перед рабочим колес ам не ро одит и все потери, связанные с подтеканием воздуха, можно отнести к рабочему колесу. Изменение КПД ступени в этом случае будет складьрввться иэ двух ско ст составляющих, учитывающих соответственно изменение коэффи оэффициента ро и ф в рабочем колесе и закрутку подтекающего воздуха перед ра. бачим колесом (9.13).
Преобразуем вторую составляющую к виду 6с и„— с ! й 80,„ 6 т 0 =26 — ~~1- — у свдд 5 спад 1 17ар и получим окончательно ЬП» Ьф - свв ! и +26 вв ~1 У (9.39) ЬП»»(ба8- 2а5)6» ° (9.40) Рассмотрим некоторые результаты экспериментального исследования, полученные нв модельной ступени 1 с плавными цилиндрическими обвадвмн проточной части и положительной реактивностью у втулки.
Кроме того, была исследована аналогичная срупень 1а с уменьшенной площадью соплового апеврата, что привело к снижению реактивности, в Ив При отсутствии закрутки воздуха (с, О) снижение КПД происходит наиболее интенсивно. В различных ступенях влияние подтеквний на вторичные потери в корневом сечении рабочего колеса мажет быть различным. Естественно, зто приводит к существенно различающимся результатам при экспериментальных исследованиях этого явления. По данным разных авторов, снижение КПД ступени прн подтеквнин рабочего тела в осевом зазоре у втулки может составлять особенности на внутреннем диаметре (табл.
9.1). Воздух в полость ыежлу статором и диском турбины подводился из-под соппового аппарата через аксивльные отверстии диаметром 3 мм и выпускался в проточную часть через осевой зазор 81 1,5 и 3 мм (см. рнс. 9.8). Табдпчс В т 3»идж»д сючжн Вевспвиисаи а стэнс»дд 1» Ы При выпуске воздуха в осевой зазор степень реактивности ступени возрастала, особенно интенсивно нв внутреннем диаметре (ЬУ,„, 46,). Это объясняется тем, что помимо увеличения расхода смеси через рабочее колесо скорость потока нв внутреннем диаметре вследствие подмешиввния воздуха несколько уменьшается, что приводит к увеличению угла потока В „т. е, к увеличению кинемвтической степени конфузорности рабочей решетки.
Оказалось также, чта характер изменения ЬУ,, (6,) лишь незначительно зависит от степени реактивности у втулки, в также от величины радиальной скорости выдува (равной при 6„0,03 с, ' 100 и 50 и/с при осевом зазоре Ь а 1,5 и 3 мм). Другими словами, сопротивление рабочего колеса и, следовательно, характер течения газа в его корневом сечении практически не изменяются. Это указывает на отсутствие отрыва потока от втулки под действием подтеканий даже при отрицательной реактивности у втулки, что объясняется, повидимому, плавностью проточной части, отсутствием значительной перекрыши у втулки, а также отсутствием геометрической диффузорности в корневом сечении рабочего колеса (см. рис, 9.9, б). Об отсутствии отрыва свидетельствовали также измерения полного давления за рабочим колесом, При увеличении 6, полное давление рз у втулки несколько снижалось, что указывало нв умеренный уровень потерь в рабочем колесе; влияние выдувв воздуха в осевой зазор распре.
странялось приблизительно нв 25...30% высоты лопатки. На рнс. 9.21, в приведено изменение первичного КПД ступени 1 при обдуве диска в зависимости от 6,. Видно, что зависимость ЬЧ„от 6, имеет примерно линейный характер; с уменьшением у» и/с, сниже. ние первичного КПД замедляется. Суммарные результаты, йолученные нв обеих сэупенях при работе нв различных перепадах, нанесены на рис. 9.21, б. Видно, что независимо от степени реактивности, срабвтываемого в турбине перепада давлений, а также от величины радиальной скорости выпуска охлаждающего воздуха в проточную часть уровень дополнительных потерь в турбине остается неизменным.
Это, в частности, также подтверждает отсутствие отрыва потока от втулки при выдуве. 22э Рис. 9.21, Зазванности Ь Ч„от ~ Ю нрн розанчика нсзнизннх у 60 и Ь Чп от У нри й -0,02!б) нрв нодтекиитн воздуха в осе. вон зазоре у втулки. н, = 9,9...2,2; в — студите за Как видно из рис. 9.9. рабочие каналы в корневых сечениях экспериментальной турбины были выполнены чисто активными.
Положитель. ная или отрицательная реактивность у корня рабочих лопаток определялась соответственно увеличенной или несколько заниженной лло. щадью проходного сечения соллового аппарата. Поэтому влияние подтекавшего воздуха на потери в корневом сечении рабочего колеса и, следовательно, на уровень коэффициента скорости ф, по-видимому„было одинаковым при положительной и лри атртщательной реактивности у втулки. Вместе с тем, с уменьшением параметра у коэффициент влияния де значительно уменьшается, что и приводит к уменьшению дополнительных потерь при пониженных значениях у. При уменьшении у в диапазоне 0,55„.0,3 величина дч понижается в среднем на 30%; это хорошо согласуется с характером кривой на рис, 9.21, б. При у 0,5...0,55 и 6 0,02 снижение КПД составило 691„~ -0,017. Отсюда с учетом коэффициента влияния ав 0,9 получим, что снижение коэффициента скорости ф составляло в экспериментальной ступени примерно 0,02.
Такое сильное влияние подтеканий на потери в корневом сечении РК обусловливается, в первую очередь, его малой конфузорностыо. При увеличении конфузорности межлопаточных каналов (в частности, в периферяйных сечениях рабочего колеса) влияние подтеканий на уровень дополнительных потерь будет уменьшаться. На рис. 9.22 показаны зависимости 6 з! п от б, при подтекании воздуха на внутреннем диаметре с предварительной закруткой по вращению (а) или против вращения (б) на режимах у = 0,5...0,55 лри л, = 1,7...2,2.
Для сравнения здесь же нанесена исходная зависимость яри подтеканин воздуха без закрутки (в). Воздух подводился в полость между статором и диском через закручивающий аппарат и попадал в проточную часть на внутреннем диаметре при закрутке ло вращению со скоростью ' -7С,. с,п/с,в„н 9б, и прн закрутке против вращения — со скоростью с /с ап пад Видно, что положительная закрутка приводила к значительному уменьшению дополнительных потерь в ступени.
уменьшение потерь, определяемое вторым слагаемым в выражении (9.39), составляло в весле. дОВаННОй СТУПЕНИ Прн У~ 0,53 бт)„в 802, ОтРИЦатЕЛЬНОЯ ЗаКРУтКа, Напротив, приводила к увеличению дополнительных потерь на бт)„~ 6 ба Эти оценки пунктирными линиями нанесенм на рис. 9.22 (относительно 290 Рнс. 9.И. Эависнзсосза Ьчп ст оп нун нодто канин воздуха в осенен зазоре у втункв' н = з,х..2,2; у 0,5...0,55; а — закрутка воздуха ио ннтравнинсн правники (споУ ст аа в 9 дат б- ЗакРУтка ир~нв прищепа (свп1 с„., — У П 1; н-закрутка воздуха отсуктвует и к ив й е). Видно, что в слУчае положительной или отРицатель ной закрутки изменение потерь превосходит влияние второго слагаемого в (9.39).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
