Дейч М.Е. - Техническая газовая динамика (1062117), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Такая же задача решается в схеме е, выполненной со ступенчатым диагональным диффузором Эффективность каждой схемы существенно зависит ог организации поворота потока в улитке (при переходе нз осевого в радиальный диффузор) Эта задача решается соответствующим выбором рациональной системы кольцевых поворотных направляющих лопаток и ребер, устанавливаемых па повороте. Как указывалось в й 5-15, в криволинейных каналах возникают вторичные движения жидкости, связанные с неравномерным распределением давлений на повороте. В кольцевых криволинейных каналах структура вторичных течений з зависимости от отношений диаметров аЦа(, может существенно отличаться от обычной для простого поворота При больших значениях г(а/д, опыт подтверждает существование двух вихрей в поперечном сечсиии кольцевого канала. Если отношение диаметров близко к единице, то в поперечном сечении возникают четыре вихря, расположенных в сечении кольцевого канала (два внутренних и два наружных).
Имея в виду сказанное выше о влиянии формы сечения канала, можно заключить, что неизбежное переформирование сечения потока в патрубках турбомашин должно быть организовано с учетом дополнительных потерь, которые могут при этом возникнуть Конструктивно неизбежными в патрубках являются. ребра жесткости. Выбор рациональной схемы расположения ребер и их формы, обеспечивающей минимальные потери, составляет важную задачу при конструировании патрубков.
402 Особенно сложными конструктивно являются выхлопные патрубки мощных паровых т)рбнн Большие объемные расходы, пара в конденсатор при конструктивно ограниченных осевых и радиальных размерах приводят к сложной схеме патрубка с большим количеством ребер жесткости Пример рационального размещения ребер па повороте показан на рис, 7-13 и 7-17 При исследовании выхлопных патрубков экспериментально определяются основные характеристики, Рис 7!4 Процесс в выхлопном патруйке в тепловой диаграмме. к числу которых относятся а) коэффициент, оценивающий энергетические потери патрубка; б) коэффициент восстановления давления, показывающий изменение статического давления; в) коэффициент неравномерности поля скоростей в выходном сечении.
Процесс в патрубке удобно рассмотреть в тепловой диаграмме (рис. 7-14). Обозначив через ры и роа давления торможения на входе и на выходе из патрубка, р, и ра — статические давления в этих же сечениях, находим коэффициент потерь энергии по формуле (7-16), Получив после коэффициентов потерь в выходном сечении патрубка, можно найти его среднее значение по уравнению энергии. На рнс.
7-14 рассмотрены два возможных случая: а) выхлопной патрубок турбомашины работает как диффуаор (процесс 1 — 2); б) в выхлопном патрубке проис- 403 «одвт снижение давления вследствие больших потерь (процесс 1 — 2'). Здесь же можно указать величину кинетической энергии за,патрубком (Ьы), изменение потенциальной энергии в патрубке (йг„) и потери (ЛЬ или соответственно Лй'). В практике лабораторных исследований выхлопных патрубков находят применение и другие оценочные коэффициенты.
Так, например, лаборатория турбин ЛМЗ использует для оценки патрубка величину Бггг л гг,, где Н, — изоэнтропический перепад, соответствующий расширению от давления торможения на входе р„до статического давления на выходе р,. Связь между коэффициентом потерь энергии 1„и ч„ устанавливается следующими очевидными соотношениями (рис. 7-14): Нзг= Нм (гг =Ны (Ны йы) =Г Н~~+ бы поэтому Отсюда следует, что ч„включает кинетическую энергию на выходе из патрубка й, = Ьг /Н„.
Нетрудно видеть, что если 1„) 1 (Н, ) Н„), то р,(р, (выхлопной патрубок не является диффузором); если ч,(1, то р,)р,. Для несжимаемой жидкости коэффициент патрубка определяется по формуле Рв1 Рг и РО1 Р! С учетом сжнмаемости ч„могкно получить в таком виде.
(7-17) Коэффициент 1, позволяет вычислить потерю моп(ности в выхлопном патрубке: (7-18) где 6„ — расход газа через выхлопной патрубок. Вторая характеристика выхлопного патрубка — коэффициент восстановления — определяется по формуле Рг Ррь Є— Р, в+1 Ра~ Ра1 (7-19> Р г,~ й 2 1г Ря1 405 Из формулы (7-19) видно, что для определения величины $г необходимо измерение статических давлений на входе в патрубок. Такой опыт оказывается трудоемким. Используя 1расходную характеристику 6„=)(рм) и таблицу газодинамических функций, давление р1 можно получить расчетным, путем.
Трегья характеристика патрубка позволяет оценить неравномерность поля статических давлений и скоростей в выходном сечении. Как указывалось, важным элементом выхлопного патрубка является криволинейный кольцевой диффузор. Опыты М, Хибша показали, что коэффициент потерь для такого диффузора зависит от следующих геометрических параметров (рис. 7-15,а): отношения площадей сечений 1"= —,'; относительной вы- Р,' соты кольца на входе а,~г,; относительной кривизны средгю, г'.
ней линии — ; относительной длины средней линии— й 'и и закона изменения площади 1(х). Примеры соответствующих зависимостей приведены на рис. 7-15,б. Кривые показывают, что оптимальное значение гт~ — лежит в пределах 0,25 — 0,4, причем с ростом ( эта величина увеличивается. При расчете криволинейных диффузоров используют понятие эквивалентного конического диффузора, длина ко- 0,55 --З о, 0,55 О,Г5 О05 8 5 Ф 5 о) 0,55 о, 0,55 а,г5 0,5 0,05 5 5 5,) 0,0 40б 'горого, а также площади Р, и Р, совпадают с соответствующими геометрическими параметрами исходного диффузора. В соответствии с этим вводится понятие эквивалентного угла раствора. Аналогичная характеристика может быть использована и для кольцевых криволинейных диффузоров. Потери в кольцевом криволинейном диффузоре возрастают с увеличением ( н с уменьшением ам» н Рис тп5.
Схема (а) н коэффициенты потерь в крпволинейном коль. цевом циффузоре в зависимости от основных геометрических параметров (б, в и г). Значительное влияние на потери оказывает форма диффузора в продольном разрезе. Вид функции )(х) определяет изменение давлений по диффузору, т.
е. структуру пограничного слоя и о"'(х). Выбор рациональной функции ) (х) можно осуществить, например, путем оценки изменения 5" при различных эпюрах давления. При этом необходимо учитывать конструктивные особенности проектируемой машины. Схемы часто применяемых кольцевых выхлопных патрубков приведены на рис. 7-16.
Следует подчеркнуть, что потери в таких днффузорах, как правило, невелики, если указанные геометрические параметры близки к оптимальным. Вариант диффузора 4 (рис. 7-16) с максимальной кривизной образующих дает максимальные потери, а вариант диффузора 2 — мигпгмзльные, Результаты исследования кольцевых диффузоров были положены в основу разработки выхлопного патрубка тур- !эис 7-)6 Схеиы прчиенземых кольцевых выхлопных патрубков (а) и зав исимость коэффициентов потерь от числа )хе, (б). бины, схема которого приведена на рис.
7-17,а. Патрубок состоит из криволинейного кольцевого диффузора ! и улитки 2 (выхлопной части), в которой происходит поворот потока на 90о. На входе в улитку при повороте поток раздваивается центральным ребром 3 и растекается по криволинейным каналам, образованным ребрами 4,4', 5,5' и т.
д. Профилировка межреберных каналов осуществляется таким образом, чтобы потери от вторичных течений были минимальными. Это достигается выполнением канала вначале днффузорным, а затем конфузорным ~ — ) 1 и — )1). та, а, Представленные на рис. 7-17,б результаты исследования такого патрубка показывают, что его эффективность существенно зависит от соотношения площадей кольцевого диффузора и улитки )=Р5 и )',=Р,/Р,. Наибольшие зна! чения коэффициентов ь„ получены для вариантов (= 2,5 и 1, = 1,46.
С увеличением ( до 3,32 и при соответствующем уменьшении Г", до 1,1 ь уменьшился до 0,75. Близкий к оптимальному вариант соответствовал отношениям сечений )=3,04 и ), 1,2. Полученные прн этом значения коэффициентов и их изменение в зависимости от числа Ке1 отчетливо показывают, что при правильном выборе соотношения 01 охм о,в о,з '0,5 075 90 85 о! Рис. 7-17. Схема выхлопного патрубка турбины (а) и сто характеристики (0). проходных сечечий выхлопной патрубок менее резко реагирует на изменение этого режимного параметра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
