1.7.3 Характерные (контрольные) сечения турбомашины и структура построения индексов параметров
Параметры потока в лопаточных машинах, при анализе рабочего процесса в них, часто анализируют в контрольных сечениях, находящихся обычно на входе и выходе из лопаточных венцов. Обозначения этих сечений стандартизованы и являются общими для всех типов лопаточных машин:
0 – вход в неподвижный лопаточный венец, находящийся перед РК (СА турбины или ВНА компрессора);
1 – вход в рабочий (подвижный) венец;
2 – выход из рабочего венца, вход в следующий неподвижный венец (НА);
3 – выход из направляющего аппарата.
Данные номера используются в качестве индексов при записи параметра и указывают на принадлежность параметра конкретному сечению. Например, р1 – означает давление в сечении 1, т.е. на входе в РК. Запись с0 – означает абсолютная скорость на входе в сопловую решетку.
Схемы ступеней компрессоров и турбин некоторых типов с обозначенными характерными сечениями представлены на рисунке 1.48.
|
|
|
а) |
б) |
в) |
а - Осевой компрессор; б - центростремительная турбина; в – осевая турбина
Рисунок 1.48 – Схемы лопаточных машин с обозначением характерных сечений
Каждый
используемый в теории лопаточных машин
параметр можно в общем виде представить
в следующем виде:
,
где
Х – обозначение переменной согласно списку условных обозначений;
1 – индекс «*», указывающий на то, что рассматриваемая переменная является параметром заторможенного потока;
2 – индекс, указывающий на сечение по длине турбомашины, в которой рассматривается параметр (0, 1 или 2) или указывающие на то, что параметр является суммарным или разницей ;
3 – индекс, указывающий на сущность параметра (см. табл. ниже);
4 – индекс, указывающий на принадлежность к сечению по высоте лопатки (втулочное (вт), среднее (ср), периферийное (к) и т.п.) и/или на принадлежность к изоэнтропическому процессу (s).
Например, обозначение с2а говорит о том, что это осевая проекция абсолютной скорости в сечении на выходе из РК, а Lстs- изоэнтропическая работа ступени.
1.8 Модели рабочего процесса в лопаточных машинах
Рабочий процесс в лопаточной машине является достаточно сложным. Поток рабочего тела нестационарен и имеет сложную пространственную структуру. Поэтому для упрощения анализа процессов, происходящих в турбомашинах, используются упрощенные модели.
Обычно поток считается установившимся и стационарным. То есть параметры потока в лопаточной машине считаются неизменными во времени.
1.8.1 Одномерная модель потока в лопаточной машине
Простейшей моделью рабочего процесса в лопаточной машине является одномерная модель. Она представляет собой тело вращения, ограниченное двумя поверхностями вращения: наружной (поверхность статора) и внутренней (поверхность ротора).
В одномерной модели параметры потока меняются только в одном направлении – вдоль оси вращения. Параметры потока рi, Тi и др. определяют только в дискретно расположенных вдоль оси вращения контрольных сечениях. Обычно это сечения на входе и выходе из элемента. Параметры потока считаются неизменными по сечению, радиальная и окружная неравномерность параметров не учитывается. На участке между контрольными сечениями к рабочему телу может осуществляться подвод или отвод работы L и тепла Q.
Использование такой модели позволяет легко решать основные уравнения движения и сохранения, что в свою очередь позволяет получить ряд важных соотношений.
Однако одномерная модель существенно ограничена. Она не позволяет, в частности, рассмотреть схему взаимодействия собственно лопатки и потока рабочего тела. Поэтому, в зависимости от схемы процесса и необходимой точности расчётов, применяются более сложные модели.
На рисунке 1.61 представлены схемы одномерных моделей потока в ступенях турбомашин разных типов. Как видно они представляют собой меридиональные сечения соответствующих машин.