Координаты приемников статического давления

Спинка лопатки
	мм	3,5	10	40	70	70	100	165
	мм	0	31	63	95	95	159	200
Корытце лопатки
	мм	3,5	50	95	125	165
	мм	0	43	95	123	165

Схема определения криволинейной координаты S показана на рис. 9.

К определению величины криволинейной координаты S

Рис. 9

Лабораторная работа №3

«Исследование кромочных потерь в

плоской турбинной решетке»

Цель работы: Определение удельного веса кромочных потерь в прфильных потерях плоской турбинной решетки.

Исследование возможности уменьшения профильных потерь за счет снижения кромочных потерь путем выдува воздуха в выходную кромку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Определение кромочных потерь в решетке без вдува воздуха путем

замера кромочного давления, полного и статического давления на выходе из решетки

2. Определить удельный вес кромочных потерь в общем объеме профильных

потерь, сопоставляя результаты работ №1, 2

3. Определить относительное снижение кромочных потерь путем вдува через выходную кромку (1...5%) воздуха от расхода через канал.

4. Построить график зависимости кромочных потерь от количества вдуваемого воздуха

5. Построить график зависимости кпд решетки от величины выдуваемого через выходную кромку воздуха

Теоретическая часть

Обтекание профиля потоком вязкой жидкости и структура пограничного слоя схематично показаны на рис. 10. Начиная от точки разветвления, на профиле развивается ламинарный пограничный слой, который быстро теряет свою устойчивость и переходит в турбулентный пограничный слой при наличии тонкого ламинарного подслоя.

1. ламинарный пограничный слой;

2. ламинарный подслой;

3. турбулентный пограничный слой;

4. вихри за кромкой.

Обтекание профиля потоком вязкой жидкости

Рис.10

Отрыв потока при обтекании выходной кромки приводит к появлению за ней турбулентной вихревой зоны. Вихреобразование за кромками объясняется отрывом потока при сходе его с кромок; при этом после отрыва давлении со стороны корытца падает, а со стороны спинки возрастает. Статическое давление в вихревом следе ниже, чем в ядре потока («донный эффект»), также меньше и скорость потока. Поэтому в эпюре полных давлений непосредственно за решеткой против выходных кромок имеют место характерные зоны «провалов», ширина которых в основном обуславливается толщиной выходной кромки. По мере удаления от кромок происходит смещение основного потока с вихревыми следами, что сопровождается незначительными потерями и измененинм параметров потока, в частности уменьшением его угла из-за заполнения потоком закромочных зон. Таким образом, наличие выходных кромок конечной толщины приводит к вихревым потерям и потерям на смешение. Г.Ю. Степановым развит полуэмпирический метод расчета потерь применительно к прямым кромкам. Используя уравнение неразрывности, энергии и импульсов, он получил соотношения для определения кромочных потерь и параметров потока за решеткой, которые являются обобщением известной формулы Борда-Карно на случай течения газа через решетку, при следующих допущениях:

1. Поле скоростей и давлений между кромками однородно;

2. Изменение плотности газа при выравнивании поля между сечениями К-К и 2-2 пренебрежимо мало;

3. В сечении 2-2 на некотором расстоянии от решетки поле скоростей и давлений однородно.

Выделим объём газа между сечениями К-К и 2-2, двумя произвольными эквидистантными поверхностями (рис. 11)

- геометрический угол выхода потока из решетки;

- горло решетки;

- шаг решетки;

- кромочное давление;

- абсолютная скорость на выходе из решетки;

- толщина выходной кромки.

Геометрические параметры и схема обтекания выходных кромок лопаток

Рис. 11

Для потока несжимаемой жидкости уравнения неразрывности и количества движения в проекции на оси У и Х принимают вид:

(4)

(5)

(6)

Из системы трех уравнений (4) – (6) находятся три неизвестных параметра , , или эквивалентные им безразмерные величины при относительном вдуве

(7)

(8)

(9)

В выражениях (8), (9) величина

Коэффициент потерь (9) прямо зависит от относительной толщины кромок или . При абсолютная величина очень мала. Особенно при малых углах кромок . Наличие разрежения за кромками ( ) приводит к увеличению величины потерь и к уменьшению влияния на них угла кромок .

Для аналитического определения потерь в турбинных решетках с учетом влияния выпуска охлаждающего воздуха из лопаток через щели в торце выходной кромки необходимо знать зависимость безразмерной величины кромочного давления от величины отношения расхода выдуваемого воздуха к расходу газа через решетку

Схема течения с выдувом воздуха в выходную кромку

Рис. 12

Для несжимаемой жидкости, при условии выдува воздуха в заднюю кромку, уравнение (4) - (6) примут несколько иной вид. Для их записи рассмотрим схему течения с вудувом воздуха в заднюю кромку лопаток, представленную на рис. 12. Параметры воздуха на выходе из щели (индекс «В») и газа на выходе из решетки (индекс «Г») будем считать известными. Составим исходные уравнения, принимая за расчетные сечения К-К и СМ-СМ (рис. 12) и записывая обозначения параметров выравнившегося потока (смеси) с индексом СМ.

Уравнение расхода:

(10)

Уравнение импульсов в проекции на направление фронта решетки и на осевое направление:

;

(11)

Уравнение энергии:

(12)

Совместное решение уравнений (10), (11), (12) даст следующий результат

(13)

(14)

Выражения (13) и (14) записаны при условии равенства углов между фронтом решетки и вектором скорости основного потока и выдуваемой струи на срезе решетки. Схема выдува и принятые в (13) и (14) обозначения геометрии задней кромки приведены на рис. 13.

Приведенные выше геометрические параметры продуваемой решетки имеют следующие значения: