Обозначения направлений и базовых поверхностей в теории лопаточных в теории лопаточных машин

Рассмотрим течение произвольно выделенного бесконечно малого объема движущегося в межлопаточном канале лопаточной машины по пространственной траектории S (рисунок 1.44).

Лопатка действует на выделенный объем силой .

Течение газа в лопаточных машинах традиционно рассматривается в следующей системе координат (rau). Ее ось oa совпадает осью вращения ЛМ. Ось or направлена вдоль радиуса, а ось ou перпендикулярна первым двум.

 

Рисунок 1.44. Схема течения выделенного объема в произвольном рабочем колесе лопаточной машины

В теории лопаточных машин и ГТД приняты следующие названия направлений:

- вдоль оси or – радиальное;

- вдоль оси oa – осевое;

- вдоль оси ou - окружное.

Любой вектор скорости может быть разложен на проекции в принятой системе координат (рисунок 1.45). Для них приняты следующие названия:

 

Рисунок 1.45 - Проекции скорости

ca – осевая проекция;

cr – радиальная проекция;

cu – окружная проекция;

cm – меридианальная проекция. Нетрудно видеть, что

 

Координатные оси образуют плоскости, которые имеют следующие названия (рисунки 1.44 и 1. 45):

roa или m – меридиональная;

rou или u – окружная;

aou или a – осевая.

В общем случае величина любой скорости потока в лопаточной машине является функцией четырёх переменных ci = f (r, u, a, t).

Примером меридиональной поверхности являются часто приводимые сечения лопаточных машин и других элементов ГТУ поверхностью проходящей через ось вращения (рисунок 1.46).

 

Рисунок 1.46 – Меридиональное сечение (сечение плоскостью проходящей через ось вращения) осевой турбины

Поскольку рабочее колесо вращается с угловой скоростью w, то выделенный объем, находящийся в его межлопаточных каналах, совершает сложное движение. С одной стороны он вращается с окружной скоростью:

 

где r – расстояние от оси вращения до объема;

w - угловая скорость вращения ротора

D=2r – диаметр, на котором располагается рассматриваемый объем;

n – частота вращения ротора, об/мин.

С другой стороны выделенный объем движется относительно подвижных, вращающихся вместе с лопаточной машиной элементов, с относительной скоростью . Векторная сумма этих скоростей равна скорости, с которой выделенный объем движется относительно глобальной системы координат. Скорость с называется абсолютной. Она направлена по касательной к линии тока S. Приведенное выше векторное равенство графически может быть изображено в виде векторного треугольника, который широко применяется для анализа рабочего процесса лопаточных машин и называется треугольником скоростей (рисунок 2.23).

 

Рисунок 1.47 - К понятию о треугольнике скоростей

Угол между окружной и абсолютной скоростями называется углом потока в абсолютном движении и обозначается буквой a. Угол между окружной и относительной скоростями называется углом потока в относительном движении и обозначается буквой b.