Турбинные решётки

 

Турбинная ступень образуется из неподвижной (сопловой) и вращающейся (рабочей) лопаточных решёток.

В каждой решётке лопатки одинаковы, установлены под одним и тем же углом и расположены относительно друг друга на одинаковом расстоянии.

Все турбинные решётки – кольцевые.

Вначале рассмотрим решётки осевой ступени, где в меридиональной плоскости направление потока примерно параллельно оси ступени.

Рис.5

Рис. 6

 

На рис.5 показаны геометрические параметры кольцевых турбинных решёток – сопловой (а) и рабочей (б)в меридиональной плоскости:

· d – диаметр по среднему сечению кольцевой решётки (рис. 6);

· d_k – диаметр в корневом сечении кольцевой решётки;

· d_п - диаметр по периферии кольцевой решётки;

· l^’ - высота лопатки на входе в решётку;

· l - высота лопатки на выходе из решётки;

· v_к – угол наклона корневого меридионального обвода;

· v_п – угол наклона периферийного меридионального обвода.

Развёртка цилиндрического сечения называется решёткой профилей, на выбранном диаметре d характеризуемой формой и размерами самого профиля и канала, образуемого соседними профилями.

Характерными размерами профилей являются:

· b – хорда профиля;

· ∆_кр – толщина выходной кромки;

· ∆^'_кр - – толщина входной кромки;

· t – шаг профилей (), где z – число лопаток, расположенных на решётке;

· α_у – угол установки профиля к фронту сопловой решётки;

· β_у – угол установки профиля к фронту рабочей решётки;

· α₀^ск – скелетный угол входной кромки сопловой решётки;

· β₀^ск – скелетный угол входной кромки рабочей решётки;

· О – поперечное сечение канала, образованного соседними профилями решётки.

Сам канал делится на три участка:

1 – входной участок от линии входных кромок до сечения О^’;

11 – собственно сам канал от О^’ до О;

111 – от выходного сечения О до выходных кромок профилей (косой срез).

Выходное сечение О – называется горлом.

Выпуклая поверхность профиля называется спинкой, а вогнутая – корытом.

Все характеристики, относящиеся к входу в сопловую решётку, имеют индекс 0, к выходу из сопловой решётки – индекс 1, к выходу из рабочей решётки – индекс 2.

Абсолютные скорости, характеризующие обтекание сопловой решётки, обозначаются буквой с, а углы – буквой α; соответственно для относительного движения, определяющего обтекание рабочей решётки, обозначают скорости через w, а углы – через β.

Обычно в геометрически подобных решётках их геометрические размеры целесообразно выражать в безразмерных относительных величинах, называемых относительными геометрическими параметрами:

* - верность решётки;

* - относительная высота решётки;

* - относительный шаг решётки;

* - эффективный угол выхода из сопловой решётки;

* - эффективный угол выхода из рабочей решётки;

* - относительная толщина выходной кромки;

* - конфузорность канала сопловой решётки;

* - конфузорность канала рабочей решётки;

* - степень расширения канала;

Важной характеристикой решёток профилей является поворот канала:

(21);

(22).

Формы профиля и канала в первую очередь определяются безразмерной скоростью потока (числом М) на выходе из решётки М_1t (или М_2t) и углом поворота ∆α (или ∆β).

В зависимости от числа М рекомендуются следующие типы решёток:

* для М>0.7 – 0.9 – типа А (дозвуковые);

* для 0.9<М<1.15 – типа Б (околозвуковые);

* для 1.1<M<1.3 – типа В (сверхзвуковые);

* для М>1.3 – 1.6 – типа Р (расширяющиеся);

* для широкого диапазона чисел М – типа И (с изломом профиля).

Обозначение решёток следующее:

первые буквы С – сопловые или Р – рабочие;

число – среднее значение угла входа α₀ (или β₁) в градусах;

следующее число – среднее значение эффективного угла выхода α_1э (или β_2э);

последняя буква – тип профиля.

Пример, С-90-12Б обозначает сопловую решётку, предназначенную для околозвуковых скоростей, с углом входа и эффективным углом выхода .

 

Выходные площади кольцевых решёток можно определить из выражения: для кольцевых сопловых решёток

 

(23)

 

Если , то

 

. (24)

 

Для кольцевых рабочих решёток

 

. (25)

 

Если , то

 

(26)

 

Хотя турбинные решётки являются кольцевыми, более просто экспериментально получить аэродинамические характеристики плоских решёток, т.е. решёток с одинаковыми по высоте профилями и каналами, ограниченными плоскими стенками, нормальными цилиндрическим образующим профилей.

На рис. 6 показаны сектор кольцевой лопаточной решётки и плоский пакет решётки профилей. Преимуществом плоских решёток является возможность использования их характеристик для кольцевых решёток различных форм и размеров.

Основная характеристика – коэффициент потерь энергии:

для сопловой решётки

(27)

и аналогично для рабочей решётки

, (28)

где c₁ и w₂ – действительные, а c_1t и w_2t - теоретические скорости выхода из решётки ( для рабочей решётки – в относительном движении).

Другой важной характеристикой решётки является коэффициент расхода

 

, (29)

 

где G – действительный расход рабочего тела, G_t – теоретический расход рабочего тела.

И, наконец, для расчёта турбинной ступени требуются знания третьей характеристики – угла выхода потока из решётки α₁ (или β₂).

 

Аэродинамические характеристики определяются в зависимости от режимных и геометрических параметров решётки.

Режимными параметрами решётки являются :

1. скорость рабочего тела на выходе из решётки (число Маха)

и,гдеи - скорость распространения звука на выходе из сопловой и рабочей решёток.

2. число Рейнольдса, характеризующее влияние сил вязкости,

и , где ν₁ и ν₂ - кинематические вязкости на выходе соответственно из сопловой и рабочей решёток.