ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Испытания компрессорных решеток при больших скоростях потока из "Аэродинамика решеток турбомашин " ДИМЫ результаты продувок решеток в широком диапазоне изменения скоростей на входе от трансзвуковых до сверхзвуковых величин. Сверхзвуковой поток на входе при продувках решеток компрессоров и вентиляторов создается с помощью тщательно спрофилированных сверхзвуковых сопел Лаваля перед рабочей частью трубы. Это могут быть сопла постоянной геометрии, спроектированные на заданные сверхзвуковые числа Маха потока, или же сопла изменяемой формы, допускающие регулирование характеристик на выходе. [c.107] В случае перфорированных и проницаемых стенок аэродинамической трубы перед решеткой, позволяющих регулировать отсос потока, можно создать некоторое расширение потока перед решеткой и регулировать число Маха. В опытах автора не требовалось сверхзвуковое сопло перед рабочей частью трубы до М 1,15 необходимое дополнительное расширение обеспечивалось отсосом потока. [c.107] Первая и основная проверка рабочей части аэродинамической трубы состоит в том, чтобы она работала как сверхзвуковое сопло. На выходе из сопла должна формироваться система ударных волн, и при дросселировании на выходе статическое давление в рабочей части трубы не должно зависеть от изменения противодавления. Должен существовать широкий диапазон изменения противодавления, при котором число Маха потока в рабочей части трубы не будет меняться в пределах этого диапазона можно пользоваться сверхзвуковой аэродинамической трубой. Если он недостаточен, то необходимо провести доводку проточной части трубы с целью приближения ее характеристик к характеристикам сверхзвукового сопла Лаваля. Лишь после этого можно устанавливать компрессорную решетку в трубу и оценивать ее влияние на течение. [c.107] Ниже мы ограничимся рассмотрением решеток со сверхзвуковой относительной скоростью потока на входе, имеющей дозвуковую осевую составляющую. Такое соотношение является наиболее характерным для современных осевых компрессоров. Имеются исследования компрессоров при сверхзвуковой осевой составляющей скорости, однако такие работы пока еще единичны [4.16]. [c.107] При сверхзвуковых числах Маха потока на входе возникают дополнительные осложнения. Для области входа в решетку они связаны, главным образом, с ударными волнами, возникающими на передних кромках лопаток. Эти ударные волны отражаются от верхней стенки рабочей части трубы и могут привести к искажению поля течения перед решеткой. Поэтому в рабочей части аэродинамической трубы необходимо управление течением с помощью щелей или проницаемых стенок. [c.107] При сверхзвуковом течении на входе и дозвуковой осевой составляющей скорости поток сам будет подстраиваться под условие единственности угла атаки, даже если лопатки установлены на разные углы. В этом случае вдоль плоскости передних кромок лопаток будет существовать градиент статического давления. Следовательно, для сохранения периодичности входного потока должна существовать возможность изменения угла на входе. Если осевая скорость становится звуковой, то снова возможно установить решетку на некоторый диапазон изменения угла атаки [4.16]. [c.109] При работе лопаточных венцов компрессора на больших скоростях важное значение имеют явления запирания и выхода на заданный режим работы. [c.109] Обычно испытание начинается с режима малого противодавления, при котором решетка запирается. На рис. 4.5, а показаны фотоснимки течения на таких режимах для периферийной решетки рабочего колеса трансзвукового компрессора при М1 = = 1,2 и входном угле 65°. Увеличение противодавления приводит к перемещению скачка уплотнения вперед до тех пор, пока не будут достигнуты рабочие условия (рис. 4.5, в). В этом случае запирания потока в решетке нет и она выходит на режим. В набегающем потоке устанавливаются условия, соответствующие единственному углу атаки. Дальнейшее увеличение противодавления приводит к вытеснению скачка уплотнения вверх по потоку за пределы передней кромки лопатки (рис. 4.5, г). В этих условиях заданный режим работы решетки нарушается, условие единственности угла атаки более не выдерживается, поток растекается от одного межлопаточного канала к другому. В трансзвуковых компрессорах массовый расход воздуха, который был постоянным, пока ударные волны оставались присоединенными к лопаткам, при этом начинал уменьшаться, и соответственно увеличивался угол атаки. [c.109] Вышеописанное течение имеет место в правильно рассчитанных межпрофильных каналах, критическое сечение которых расположено в области передних кромок лопаток. Могут встречаться и другие каналы, которые включаются в работу с большим трудом и для которых желательно более тщательно рассчитывать процессы течения. За такими сведениями следует обратиться к работе [4.19], где дано подробное описание процессов запуска и запирания в решетках. [c.109] В некоторых случаях для продувки компрессорных решеток при сверхзвуковых скоростях используются свободная струя и коробка с дроссельным устройством [4.20]. В таких трубах сверхзвуковая струя после трубы истекает в камеру. Коробка с пакетом решетки устанавливается в этой струе. Для создания противодавления на выходе из коробки устанавливают дроссе-лируюший кран, управление которым осуществляется дистанционно оператором. [c.110] Следующая проблема сверхзвуковых продувок решеток состоит в том, что, если не принимать мер поддержания требуемой величины отношения осевых плотностей тока 5р, может возникать отрыв пограничного слоя на боковых стенках. Это в свою очередь приводит к трудностям обеспечения необходимого рабочего диапазона изменения противодавления. [c.112] Обычно указанную проблему решают путем применения сужающихся боковых стенок. Можно принять, по крайней мере, что при этом следует обеспечить такое эффективное сужение площади потока, какое бывает в высокоскоростных компрессорах. В примерах, приведенных на рис. 4.5—4.7, сужение площади потока в решетках составляло 14 % Применение сужающихся стенок в решетке не порождает каких-либо трудностей с шли-рен-визуализацией течения, хотя и создает некоторые интерференционные эффекты. [c.112] Хотя в большинстве самолетных и промышленных газотурбинных двигателей числа Маха потока на выходе из турбины редко превосходят величину 1,2, тем не менее в последних ступенях больших паровых турбин уровни М могут достигать значений около 1,8 [4.1]. Сопловые аппараты небольших активных турбин могут быть рассчитаны на значительно большие сверхзвуковые скорости. [c.112] Относительные скорости на входе в турбину, как правило, дозвуковые. Исключение могут составлять рабочие колеса активных турбин и периферийные сечения лопаток больших паровых турбин. Такие случаи, когда сверхзвуковое течение существует и на входе, и на выходе из турбины, наиболее трудные. В этих случаях присутствуют все сложности течения, связанные со сверхзвуковым потоком на входе, о которых говорилось выше, и со сверхзвуковым потоком на выходе, о чем будет речь ниже. [c.112] Основная трудность имитации в плоских решетках сверхзвукового течения на выходе из решеток сопловых аппаратов и рабочих колес турбин состоит в обеспечении периодичности потока вдоль фронта. Траверсирование потока обычно производится в сечении, отстоящем на расстоянии одной хорды от выходных кромок лопаток. Основной целью траверсирования является определение угла поворота потока и коэффициента потерь в лопаточном венце. [c.112] Если турбинная лопатка вниз по потоку за горлом имеет выпуклую форму, то между поверхностью лопатки и свободной границей сверхзвукового потока на выходе возникают волны разрежения. Они отражаются от свободной границы в виде волн сжатия, которые обычно сходятся и образуют отраженный скачок уплотнения. На выходной кромке лопатки также формируется скачок уплотнения, падение которого на свободную границу приводит к появлению веера отраженных волн разрежения. [c.113] Описанная картина схематично изображена на рис. 4.8. В зависимости от формы профиля, угла и числа Маха потока интенсивность отраженных волн сжатия и разрежения и создаваемый ими эффект будут различными. [c.113] Пример такого рода возмущенного течения на выходе из решетки показан на рис. 4.9. Периодичность потока на расстоянии хорды за выходными кромками лопаток плохая, а на расстоянии половины хорды — еще хуже. Причиной этого является отражение ударных волн на выходных кромках лопаток от свободных пограничных слоев в виде волн разрежения, что приводит к появлению зон сильно пониженного статического давления. От этого нельзя избавиться простым увеличением числа лопаток. В работе [4.21] описаны результаты испытаний решеток с большим числом лопаток. В этом случае возникли проблемы, связанные с формированием отраженных скачков уплотнения при падении наклонных волн разрежения на свободный пограничный слой за лопатками, что приводило к таким же неблагоприятным последствиям. [c.113] Вернуться к основной статье