Качественно спроектированный венец обтекается потоком таким образом, что линии тока на расчетном режиме повторяют форму профиля. Однако часто поток отрывается от поверхности. Обычно это происходит из-за отклонения угла натекания от расчетного значения при изменении режима работы турбомашины или других причин. В местах отрыва и за ними образуются вихри. На их поддержание расходуется энергия, которая уже не используется на выполнение основной функции турбомашины. Она называется потерями на отрыв потока.
Потери на отрыв зависят от угла натекания потока на решетку. Если он близок к значению конструктивного угла, то потерь, связанных с отрывом, не наблюдается. Однако, если угол натекания отклонится от конструктивного угла, то появляется отрыв и потери связанные с ним. При положительном угле атаки отрыв происходит на спинке, при отрицательном – с корытца.
Причем в обоих случаях отрыв происходит вблизи входной кромки. Наличие отрыва существенно увеличивает профильные потери.
Рисунок 2.45 – Отрыв потока на корытце турбинной лопатки
Отрыв со спинки более разрушителен для структуры потока в межлопаточном канале из-за того, что он центробежными силами оттесняется от поверхности лопатки и активно взаимодействует с ядром потока. Отрыв со стороны корытца прижимается к поверхности лопатки центробежными силами и там локализуется, вызывая меньшие потери энергии.
Угол атаки, при котором поток оторвется от профиля, определяется радиусом входной кромки лопатки: чем она толще, тем больше угол атаки при котором происходит отрыв (профиль более атакоустойчив). Входные кромки турбинных лопаток обычно имеют значительную толщину. Поэтому качественно спрофилированная турбинная лопатка допускает работу при углах атаки до 10° без существенного увеличения потерь. Компрессорные лопатки имеют тонкие входные кромки. Их радиус исчисляется несколькими десятыми долями миллиметра. По этой причине отклонение угла потока от значения лопаточного угла даже на 2...4° приводит к появлению существенных потерь.
Потери на отрыв (если они возникают) являются одной из наиболее существенных составляющих общих потерь энергии в лопаточном венце.
Атакоустойчивость также зависит от относительного шага решетки. С ее уменьшением атакоустойчивость растет и наоборот.
Рисунок 2.46 – Типичная зависимость величины профильных потерь от угла натекания потока на решетку для компрессора (1) и турбины (2)