Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Чтобы обеспечить поток с а = сопв1 в зазоре между соплами н рабочим колесом, необходимо сопловые лопатки делать закрученными по высоте. Закрутка, обеспечивающая постоянную реактивность по высоте лопатки. Для выполнения такого условия необходимо, чтобы давление газа в сечениях перед и после рабочего колеса оставалось постоянным по высоте лопатки. Целесообразно, чтобы давление внутри канала также оставалось постоянным по высоте.
В этом случае градиент давления по радиусу должен равняться нулю, но линии тока в меридиональном сечении будут не параллельными оси колеса, а криволинейными: сче†— с,'Яо = 0 (осевая составляющая скорости газа не будет постоянной по высоте лопаток, а радиальная составляющая скорости не будет равна нулю). Потери в лопаточиых решетках турбины.
При обтекании газом лопаток решетки имеют место профильные и концевые потери, а также потери из-за неравномерного поступления газа на лопатки рабочего колеса парциальных турбин и потери, связанные с перетеканием газа через зазоры между корпусом и решеткой (потери на утечку газа). П р о ф и л ь н ы е п о т е р и. К профильным потерям относят потери на трение и отрыв потока от профиля лопатки, вихреобразование за выходными кромками лопаток и волновые потери. Потери на трение зависят от шероховатости поверхности и формы профиля лопаток, величины и характера пограничного слоя и скорости газового потока. Отрыв потока от стенки профиля возможен при больших углах атаки, резком изменении кривизны профиля, в диффузорных каналах.
Волновые потери в проточной части дозвуковых турбин возникают при достижении местной скорости звука на профиле лопаток. В сверхзвуковых турбинах основные волновые потери возникают на входных кромках лопаток рабочего колеса. К о н ц е в ы е п о т е р и. Они возникают из-за наличия поверхностей, ограничивающих решетку по высоте. К ннм относятся потери на трение и потери от парного вихря — вторичные потери. Вторичные течения возникают из-за разности давлений на вогнутой и выпуклой сторонах соседних лопаток, благодаря чему вдоль нижней и внешней стенок межлопаточного канала возникает движение газа от вогнутой стороны лопатки к выпуклой.
Подобные вторичные токи у выпуклых стенок лопаток, увлекаясь основным потоком, образуют два противоположно вращающихся вихря («парный» вихрь). Особенно заметно влияние концевых потерь в решетках с короткими лопатками. У безбандажных рабочих колес концевые потери увеличиваются за счет перетекания газа с вогнутой стороны лопатки в область спинки той же лопатки через радиальный зазор. Г1ри этом возникает дополнительный вихрь, не перемешивающийся с верхним «парным» вихрем.
Отдельные элементы решетки влияют на потери в различной степени. Ш а г р е ш е т к и, С уменьшением шага увеличивается поверхность трения, но уменьшается разность давлений на вогнутой н выпуклой сторонах лопатки. Следовательно, увеличиваются профильные, но уменьшаются концевые потери. Потери зависят от величины относительного шага Ив. Оптимальная величина (И>,),р, —-- = — 0,55 —: 0,7. Высота и ширина лопатки.
Потеризависятототносительной высоты лопатки й !Ьв, при уменьшении которой концевые потери возрастают. Начиная с определенного значения относительной высоты лопаток ()»„й,ж 1) эти потери резко увеличиваются. При чрезмерном уменьшении ширины лопатки увеличивается кривизна профиля и растут профильные потери.
К р о м к и л о п а т о к. У сверхзвуковых решеток для уменьшения волновых потерь входные кромки лопаток выполняются острыми. В дозвуковых решетках для обеспечения безотрывного обтекания потоком входные кромки выполняются относительно толстыми„ и скругленными. Выходные кромки решеток целесробразно иметь „,=от ' Г/2 1( г' ) — (~) (! 4.155) Здесь (« = )Г25,„!(М) — коэффициент истечения; бщ — ширина зазора (щели); г — шаг решетки; Х = 0,15 —; 0,3; Р„, — поперечная площадь зазора; р, о и р, — давление газа перед щелью и за ней; Т„о — температура торможения газа, одинаковая для всех щелей лабиринта.
Для г щелей лабиринта, где газ расширяется от р1 до р„ ятут = 1«Рщ $ ( Р1 — Рт) ~(гГ»'гвт о) (14.156) При сверхзвуковом истечении, аналогично (14.115), Г (' 2 мв+шм — и I тпут = 1«Рщрвт О ~уГ ««( (а+1,) 1)ГКт„„ о илн где индекс «г — 1» — параметры перед последней щелью. Так как в предпоследней щели лабиринта скорость истечения дозвуковая, то ту, = 1«гщ )/(Р~ — Р, ~)/((г — 1)Р»о,).
(14.158) Приравнивая уравнения (14.157) и (14.163), получим 555 тонкими, так как это уменьшает кромочные потери (влняние конечной толщины лопатки). Б а н д а ж. Он ликвидирует дополнительные концевые потери и снижает потери на утечку газа. О с е в о й з а з о р. Увеличение осевого зазора между сопловым аппаратом и рабочим колесом приводит к выравниванию поля скоростей в зазоре. Это вызывает рост потерь из-за смешения, растекания потоков и подсоса газа из затурбинной полости. Утечка газа по зазорам.
В турбинах утечки газа могут быть вдоль по валу (внешние) и через зазоры между корпусом и рабочим колесом (внутренние). Для уменьшения утечек применяют различные уплотнения, обычно простого щелевого или лабиринтного (последовательно расположенные щели) типов. Газ истекает через щель со скоростью дозвуковой или сверхзвуковой. Течение газа через все щели лабиринта, кроме последней, всегда дозвуковое. Из последней щели лабиринта скорость истечения может быть дозвуковой или сверхзвуковой. Уравнение расхода газа через щель при дозвуковом истечении аналогично (14.112): р,=/э ~~(з — 1)/в ~ 2 ) +1 + !1.
(14.159) Следовательно, х !/ э [ — ')"""' " р',/[рр[н — Чэ[ — '!"~ч" "~- 1[[. (14.1607 Критическое давление в последней щели р„р — — н„рр,, В этсь выражение подставим (14.159): о = е /г //[(3 — 1)/г ~ ) + Виды потерь в турбинах. По месту возникновения в турбине потери подразделяются на потери в сопловом аппарате, на лопатках рабочего колеса, с выходной скоростью, на вентиляцию, на трение диска, выталкивание и утечки газа и механические потери. Потери в сопловом аппарате.
Суммарные потери в сопловом аппарате можно представить как сумму профильных и концевых потерь, которые учитывают одним обобщенным коэффициентом ф. У сопловой решетки ф мои!но определить по экспериментальным графикам или эмпирическим зависимостям, например для дозвукового соплового аппарата (14.161) ф (1 005 †: 0 995))г 0 955 †735//!с ° где Ье — высота соплового аппарата на выходе, мм. ,7(ля сопловой решетки в зависимости от относительной высоты логде ܄— ширина лопатки.
Обычно ф = 0,97 —: 0,92. Экспериментальная зависимость ф от Хп (14.119) приведена иа. рис. 14,47 (заштрихованная область). Потери энергии в соплах Е = 0,5(сц — сг!) = 0,5(1 — ф-/с! . э Относительные потери 1, = Я /1,,~. (14,162) Потери на лопатках рабочего колеса. Эти потери аналогичны потерям в сопловом аппарате. Кроме того, на рабочих лопатках имеют место потери перетекания газа через торцо-, вые зазоры между рабочим колесом н корпусом, потери из-за не .
1 гг 4о а9В О9б 094 дгб об агб оо агб бб Сгб Л~~ Рис. !4.47. Зависимость коэффициента ф от скоростн ахи абатического истечения равномерности поступления газа на лопатку у парциальиых турбин и волновые потери у сверхзвуковых турбин. Потери на лопатках колеса оценивзются обобщенным коэффициентом ф. Потери на лопатках дозвуковых турбин во многом зависят от крис визны каналов, связанных с суммой углов ()м + [1„. Поэтому в прак-' тике турбостроения пользуются опытной зависимостью коэффициента ф от суммы углов Р,а+ [1эл (рис.
14.48), при этом учитывается Юб . о го 49 бо во 1оа !го ма ДэаэЯгЛ ВРаьл /О г,б Да мн Рис. 14.49. Зависимость ко- эффициента ф от Мм, Рис. 14.48. Зависимость коэффициента ф от сУммы Углов Ргэ+ 0 „, поправка Й изменения коэффициента ф в зависимости от величины во мээ и/с 200 400 600 800 Фм .... 1,026 1,01 0,99 0„97 У сверхзвуковых турбин обычно ф = 0,88 —: 0,86. На рис.
!4 49' показана экспериментальная зависимость ф от 84,. Потери энергии на лопатках рабочего колеса 2„= (и4 — гнг)/2 = (1 — ф') гам/2 = (! — фэ) Щ + + (тсэ+ и, '— иээ)/21; для активных турбин г.=1.,/2; 1.=г./7.„=(1 ф)ф,/;„(!4.168) для реактивных осевых турбин .„= г К„= (1 — ф') р'(1 — р Цгн, + И,„)/2. (14.!64) Потери с выходной скоростью. Наименьшее значение с, получается при осевом выходе скорости аэ = 90'. Потери энергии г. = се/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
