ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Лопатки, имеющие скольжение и наклон из "Аэродинамика решеток турбомашин " Строгие определения и теоретический анализ скольжения и наклона в лопатках турбомашин даны в работе [1.7]. Принято говорить, что лопатки имеют скольжение, если направление потока не перпендикулярно направлению оси лопатки, и имеют наклон, если поверхность лопатки не перпендикулярна торцевым стенкам проточной части. Рис. 9.10, построенный по данным работы [9.55], иллюстрирует эти определения. На рисунке показаны их связь с аналогичными определениями для крыла самолета и практическое применение в турбине Фрэнсиса и осевой турбине. [c.279] Входные участки осевых компрессоров и сопловые аппараты паровых турбин часто имеют большой раствор (до 90°) проточной части в меридиональной плоскости. Таким Ъбразом, скольжение может иметь место даже если лопатки сами по себе прямые. Поскольку лопатки обычно имеют прямолинейную ось, они могут также иметь наклон по отношению к торцевым стенкам проточной части. На практике к понятию наклона относят и такие ситуации, когда в качестве стенки рассматривают осесимметричные поверхности тока в меридиональной плоскости, так что этот термин впредь будет использоваться по отношению и к торцевым стенкам проточной части, и к поверхностям тока. [c.279] В случае обычных кольцевых решеток с прямыми лопатками анализ довольно прост, однако при наличии скольжения и наклона возникает вопрос, каким образом и под каким углом изобразить сечение лопатки. Здесь есть различные варианты сечения можно нанизать вдоль линии, перпендикулярной каждому из них, вдоль радиального направления или еще каким-нибудь образом. [c.280] Для иллюстрации важности правильного рассечения лопатки в работе [9.55] проведены расчеты изменения углов потока на выходе из решетки вследствие скольжения для группы турбинных решеток с бесконечно длинными лопатками. Рассмотрены четыре решетки, в том числе сопловая с нулевым углом потока на входе и активная рабочая решетка. Профили всех четырех решеток были рассчитаны на одинаковую величину коэффициента подъемной силы при нулевом скольжении лопатки. [c.281] Результаты проведенного расчетного исследования представлены на рис. 9.11. Здесь термин обычный метод означает выбор профиля лопатки, пересекаемой осесимметричной поверхностью тока, в проекции по нормали к этому сечению. Термин проекционный метод соответствует проекции по оси лопатки. [c.281] ДОВОЛЬНО существенна, поскольку при заданной осевой проекции скорости потока на выходе из турбины это может привести к погрешности в определении окружной проекции этой скорости до -7 %. [c.282] Скорость вихревого течения на поверхности лопатки со скольжением может быть разложена на составляющие, направленные вдоль контура пересечения лопатки с осесимметричной поверхностью тока и по нормали к нему. Нормальная составляющая непосредственно определяет работу лопатки, однако и тангенциальная компонента также играет существенную роль, вынуждая линии тока на корытце лопатки смещаться радиально в сторону периферийного сечения (при скольжении назад), а на спинке профиля — в сторону корневого сечения. Для лопатки бесконечной высоты это не имеет существенного значения, однако если лопатка ограничена торцевыми стенками (в корневом и периферийном сечениях), то на этих стенках, образующих препятствия потоку, тангенциальная компонента скорости вихревого течения, которая вызывает сдвиги линий тока, станет равной нулю. Это приводит к искажениям в распределении давления по профилю лопатки вблизи торцевых стенок. [c.282] Для решения указанной проблемы лопатки представляют в виде поверхности из скрученных вихревых шнуров, создающих определенную подъемную силу. Торцевая стенка рассматривается как плоскость симметрии этих скрученных шнуров (т. е. используется так называемый принцип зеркального отображения). [c.282] Задача сводится к определению таких возмущающих скоростей сноса /с на поверхности лопатки, при которых распределение давлений вблизи торцевых стенок становится таким же, как в решетке с бесконечно длинными лопатками со скольжением. Эти скорости сноса, очевидно, можно использовать для модификации средней линии профиля и пространственного профилирования лопаток. Они определяются на поверхности каждой лопатки в решетке как ее собственными вихревыми течениями, так и вихревыми течениями от остальных лопаток и их зеркальных отображений. [c.282] Для расчета скоростей сноса разработана теория тонкого профиля и выполнено несколько примеров численных вычислений [1.7]. В результате расчетов, проведенных численными методами, для профиля с эллиптическим распределением нагрузки вдоль средней линии выяснилось, что влияние скольжения лопатки на порядок выше, чем влияние ее наклона. Возмущения от скольжения проявляются наиболее сильно в средней части профиля, тогда как более слабые возмущения от наклона заметны в областях входной и выходной кромок. [c.282] Сильно изогнутые сопловые лопатки паровых турбин низкого давления часто имеют угол скольжения в области периферийного сечения около 45°. Хотя и в этом случае для оценки влияния торцевой стенки можно использовать принцип зеркального отображения, все же требуется более сложная методика расчета, чем теория тонкого профиля. В работе [9.56] численный метод Мартенсена распространен на случай пространственного течения через сопловую решетку со скольжением лопаток. При этом попеременно используются допущения о постоянной и переменной по высоте лопатки скорости вихревого течения на ее поверхности. После проверки теоретических расчетов экспериментальными данными для угла скольжения 40 % были проведены расчеты влияния скольжения лопатки для модели лопатки с переменной по высоте нагрузкой. Результаты расчетов показали значительное влияние скольжения на распределение давлений при углах скольжения выше 35°. С увеличением углов скольжения узкое сечение межлопаточного канала решетки смещается в сторону входного фронта, в результате чего значительно возрастает нагрузка на передние части лопаток. [c.283] Рабочие лопатки со скольжением используются в вентиляторах и компрессорах с большими частотами вращения рабочего колеса для снижения Мэфф потока. В принципе, выгода здесь получается такая же, как в случае крыла самолета если лопатка надлежащим образом спрофилирована, то эффекты сжимаемости потока связаны только с составляющей числа Маха по нормали к оси лопатки. [c.284] Были проведены успешные трубные испытания лопаток со скольжением как в дозвуковых и трансзвуковых вентиляторах, так и в стационарных решетках. Испытания натурного вентилятора, имеющего лопатки со скольжением назад и рассчитанного на высокие трансзвуковые скорости потока, дали обнадеживающие результаты как в отношении КПД, так и по диапазону бессрывной работы. Не умаляя достоинств исследования трансзвукового вентилятора, следует отметить, что полезная информация была получена в основном из результатов исследования рабочего колеса и решетки при малых скоростях потока [9.57—9.59], а также исследования решетки при высоких сверхзвуковых скоростях потока [9.60]. [c.284] В результате интересной серии испытаний рабочих колес с лопатками, имеющими скольжение вперед, установлено [9.59], что такое скольжение также может дать положительные результаты в отношении как границ срыва, так и КПД. Физическая картина течения здесь полностью противоположна случаю скольжения назад, а хорошие характеристики объясняются отсутствием застойной зоны в области периферийного сечения. К сожалению, угол скольжения в испытаниях не превышал 10°, однако полученные результаты свидетельствуют о целесообразности дальнейших исследований скольжения вперед в рабочих лопатках компрессоров. [c.285] С Другой стороны, данные рис. 9.13, заимствованного из работы [9.60], показывают, что скольжение лопаток приводит к уменьшению угла поворота потока и коэффициента напора. В этой работе исследована решетка с профилем NA A 65-608 при числе М]=0,9 и Re = 4xl0 . Лопатки без скольжения имели относительный шаг, равный единице, и угол установки профилей 40°. Испытания проводились при углах скольжения лопаток . = 0 20 и 40°. Результаты испытаний показали, что при Я = 20° потери в нагрузке лопаток невелики, однако при = 40° они становятся значительными. Автор работы объясняет этот факт влиянием меридиональной конфигурации торцевых стенок. Распределения давлений по профилю лопатки возле противоположных торцевых стенок резко различались. [c.286] В работе [9.60] также представлены распределения давлений, которые ясно демонстрируют, что критическая скорость потока на входе в решетку в случае лопаток со скольжением существенно возрастает. К сожалению, исследования влияния скольжения лопаток были ограничены по величинам углов потока на входе в решетку из-за опасности наступления срывного режима. Например, у решетки с лопатками, имеющими угол скольжения 40°, с увеличением угла потока на входе коэффициент повышения давления непрерывно возрастает, тогда как у решетки без скольжения лопаток он с некоторого момента начинает уменьшаться. [c.286] С чисто теоретической точки зрения стреловидное крыло имеет меньшую производную коэффициента подъемной силы, чем эквивалентное прямое крыло. Однако имеются данные, что эффект смещения пограничного слоя при скольжении позволяет расширить границы режимов устойчивой работы. Для более надежного подтверждения этого эффекта нужна дополнительная информация. Если это подтвердится для решеток, то можно ожидать более широкого использования рабочих колес с лопатками, имеющими скольжение вперед, подобных тем, что были исследованы в работе [9.59], и особенно колес с лопатками, имеющими скольжение назад, поскольку для них, кроме того, существенны эффекты центробежных сил [9.58]. [c.286] роль скольжения лопаток в уменьшении Мэфф на входе в решетку больше не подвергается сомнению. Однако уверенность проектировщика в целесообразности использования рабочих лопаток со скольжением зависит от знания, насколько при этом можно увеличить нагрузку лопаток, для чего необходимо дальнейшее накопление экспериментального материала по исследованию влияния скольжения лопаток на границы устойчивой работы. [c.286] Одним из примеров такого воздействия на поток является конфигурация внутреннего меридионального обвода проточной части направляющей решетки второй ступени вентилятора двигателя СР6-6 (рис. 9.15), где необходимо было перевести поток с большого диаметра проточной части вентилятора ближе к оси двигателя на вход в газогенераторную часть. Смелое решение этой задачи, оказавшееся успешным, заключалось в использовании направляющих решеток с лопатками, имеющими такие скольжение и наклон, при которых в потоке создавалось радиальное усилие, направленное в сторону корневого сечения проточной части. [c.288] Вернуться к основной статье