70. Оптимальные планы скоростей в активно-реактивной одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением u/c.

Используя соотношения легко проанализировать изменение коэффициентов потерь энергии, а следовательно, и η_ςτ при изменении у _ст и ρ_ст. Анализ целесо­образно проводить не по параметру у*_ст, а по величине u_ср/с₁. Они связаны между собой простейшим соотношением

Н а рис. 4.17 приведена диаграмма изменения составляющих потерь энергии при изменении u_ср/с₁ и ρ_ст = const.

Г оризонтальная линия с ординатой 1,0 соответствует (в относительных единицах) располагаемому теплоперепаду. Вели­чина ξ_СА как следует из (4.70), не зависит от u_ср/с₁, и эти потери изображены в виде отрезка, отложенного вниз от линии с орди­натой 1,0.

Зависимость ξρκ от u_ср/с₁ при ρ_cr = const, как следует из (4.72), определяется изменением w₂/c₁. Для установления связи u_ср/с₁ с величинами (w₂/c₁ и c₂/c₁)рассмотрим серию планов скоростей ступеней, имеющих одинаковые значения c₁ и α₁ при различных u_ср (рис. 4.18).

На рис. 4.18, изображен план скоростей, который соот­ветствует малому значению u_ср/с₁. Величина w₁ в этом слу­чае близка к c₁. Поскольку зна­чение w2 определяется по уравнению (4.75) то значение w2 велико. В этих случаях ξρκ имеет максимальное значение (см. рис. 4.17). По мере роста u_ср (см. рис. 4.18, б...г) w­₁ уменьшается. Соответственно снижается и w₂ Наименьшее зна­чение w₂ (а следовательно, и наименьшее значение ξρκ) будет достигнуто в том случае, если вектор w ₁ будет направлен по оси ступени (см. рис. 4.18, г), т.е. при .

Отложив вниз от ординаты 1,0 (см. рис. 4.17) отрезки, равные ξ_СА + ξ_РК получим кривую зависимости . Анализ её показывает, что η_{s ст min} имеет место при u_ср/с₁ = 0, а значение η_{s ст max} соответствует u_ср/с₁ = cos α₁.

Зависимость ξ_вых = f(u_ср/с₁), как следует из (4.73), опре­деляется отношением (с₂/с₁). Из рисунка 4.18, а...г видно, что по мере роста u_ср/с₁ скорость с₂ вначале уменьшается, но потом, при больших u_ср/с₁, снова начинает расти. Величина ξ_{вых min} дос­тигается при такой форме треугольника скоростей, которая изо­бражена на рис. 4.18, в, т.е. при осевом выходе из ступени. При u_ср = 0 работа на валу турбины тоже равна нулю, т.е. 1 = ξ_СА + ξ_РК + ξ_вых. Таким образом, кривая выходит из точ­ки η_ст = 0 при u_ср/с₁ = 0 и достигает максимума при u_ср/с₁, соответствующей примерно осевому выходу газового потока из сту­пени.

Рассмотрим планы скоростей ступени ОТ при небольшой степени реактивности . В этом случае скорости и мало отличаются друг от друга. Пусть план скоростей построен для случая ,т.е. суммарные потери минимальны и . Величина при малых значениях обычно составляет 0,45..0,5. В случае повышения степени реактивности при неизменном теплоперепаде в ступени становится больше , а . Поэтому для обеспечения , соответствующей наименьшей , значение должно быть значительно больше. Следовательно, увеличивается с ростом . Реализация этого фактора на практике требует увеличения окружной скорости и, следовательно, вырастает уровень напряжений, действующих в дисках и лопатках РК.

Применение ступеней с более высоким обусловлено, прежде всего их более высоким . Это объясняется тем, что при росте увеличивается степень конфузорности течения газа в решетке, что приводит к снижению потерь в каналах РК и росту . однако следует помнить что на практике с ростом возникают потери в радиальных зазорах, поэтому существенного увеличения обычно не наблюдается.