ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние геометрических параметров профиля из "Аэродинамика решеток турбомашин " ЭТОГО параметра на угол атаки и угол отставания потока, соответствующие минимуму потерь, характеризуется соответственно коэффициентами пропорциональности Кг и Кь. Эти коэффициенты, которые определялись экспериментально для группы рещеток с профилями НАСА-б5 и профилями, составленными из двух дуг окружности (ДДО), приведены на рис. 11.2. Хотя коэффициенты Кь и Кь непосредственно умножаются на величины угла атаки или угла отставания потока, следует учитывать также дополнительные эффекты, связанные с изогнутостью средней линии профиля и густотой решетки [5.84]. [c.316] В случае турбинных лопаток возникает проблема, заключающаяся в том, что изменение относительной толщины профиля приводит к резкому изменению общей формы лопатки. Таким образом, в этом случае нельзя провести систематические исследования, выбрав в качестве параметра относительную толщину профиля, поскольку она тесно связана с другими геометрическими характеристиками решетки. Результаты исследования турбинных решеток показывают, что оптимальные рабочие характеристики достигаются при относительной толщине профиля около 0,14. Получаемые при этом результаты всегда можно улучшить путем более тщательной оптимизации конфигурации профиля решетки. [c.316] При исследовании турбинных решеток влиянию толщины входной кромки лопатки уделялось мало внимания, поскольку этот параметр трудно отделить от общей конфигурации профиля решетки. В турбинных решетках потеря скорости или отрыв потока может произойти прямо на входной кромке с любой стороны профиля, но поскольку форму входной кромки (и соответствующие градиенты давления) у лопаток современных турбин трудно представить в зависимости от какого-либо одного конкретного параметра, не имеет смысла пытаться описать влияние входной кромки турбинной лопатки каким-либо эмпирическим соотношением. [c.316] С другой стороны, компрессорные лопатки обычно тоньше турбинных. В случае компрессорных лопаток толщину входной кромки (обычно ее выражают через радиус) намного проще определить, и ее влияние на работу решетки более заметно. Особенно чувствительны к влиянию входной кромки профиля трансзвуковые и сверхзвуковые компрессорные решетки. Прежде чем рассматривать эту проблему в целом, изложим имеющиеся довольно скудные сведения относительно влияния входной кромки профиля решетки при сверхзвуковых скоростях потока. [c.316] Исследования изолированных профилей [11.4] показывают, что приемлемые величины максимального коэффициента подъемной силы получаются при относительных радиусах входной кромки 0,01 г/с 0,02. При г/с = 0,02 относительная максимальная толщина профиля ( /с)макс становится равной 0,12, так что дальнейщее увеличение г/с не дает возможности увеличить коэффициент подъемной силы. [c.317] Результаты, представленные на рис. 11.3, заимствованы из работы [11.5] и подтверждают тот факт, что для работы при больших скоростях потока желательно иметь профили решеток с острыми входными кромками. Интересно отметить, что есть некоторое противоречие между этими результатами и данными, полученными для изолированных профилей, относительно оптимального режима работы. Из рис. 11.3 видно, что решетки с острыми входными кромками лопаток имеют более широкий диапазон оптимальных режимов работы, чем решетки, в которых лопатки имеют более затупленные входные кромки. Расчеты же, проведенные в работе [11.6], указывают на то, что более широким диапазоном оптимальных режимов работы должны обладать решетки, у которых лопатки имеют более толстые входные кромки, так что вопрос о выборе оптимальной толщины входной кромки профиля решетки нельзя считать окончательно решенным. [c.317] В работе [11.9] для расчета течения использован метод характеристик и получены более высокие значения потерь, которые оказались ближе к очень высокому уровню потерь, измеренных в эЕссперименте. Результаты этой работы для решетки с профилем, составленным из двух дуг окружности, и относительным шагом 0,8 представлены на рис. 11.4. Результаты расчетов [10.28] по методу работы [11.9] оказались близки к результатам расчетов по методу характеристик [10.24]. Очевидное и на- Стоятел ьное требование заключается в том, чтобы влияние толщины входной кромки в достаточной степени точно оценивалось С помощью современных вычислительных методов, например методом установления. В большинстве случаев расчеты течения в решетках методом установления требуют максимально возможного повышения точности определения конфигурации кромок профиля лопаток. [c.319] Первое важное экспериментальное исследование влияния толщины выходных кромок Те лопаток в компрессорных решетках представлено в работе [11.10]. Это исследование позволило сделать вывод, что относительная толщина выходных кромок лопаток Хе/с 2% оказывает мало влияния на газодинамические характеристики решетки. [c.319] В работе [11.11] использовались решетки с профилями одинаковой толщины, различающимися толщиной выходных кромок. При уменьшении относительной толщины выходных кромок лопаток с 6 до 4% было получено значительное снижение потерь. Дальнейшее уменьшение относительной толщины выходных кромок не привело к сколько-нибудь заметному снижению потерь, а характеристики решетки в отношении угла поворота потока даже несколько ухудшились. [c.319] В компрессорных решетках часто происходит отрыв турбу- лентного пограничного слоя на профиле лопатки непосредственно перед выходной кромкой. Установлено, что приблизительно одна треть суммарных потерь в решетке обусловлена этим отрывом потока [11.12]. Влияние толщины выходных кромок лопаток на характеристики компрессорных решеток исследовалось в работах [7.71] и [11.13]. [c.319] Имеется большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих об увеличении потерь полного давления в решетке с утолщением выходных кромок лопаток. В эмпирических соотношениях, характеризующих кромочные потери, толщина выходных кромок лопаток te чаще всего относится к ширине узкого сечения межлопаточного канала решетки а. [c.320] Простая эмпирическая формула, предложенная Флюгелем [3.87] , характеризует линейную зависимость коэффициента потерь от относительной толщины выходных кромок лопаток. Хотя в данном случае речь идет о потерях энтальпии при малых скоростях потока, такая же линейная зависимость принята и для потерь полного давления [1.3]. [c.320] Результаты многих исследований [3.80, 3.87, 11.15, 11.16] подтверждают такую линейную зависимость для кромочных потерь, лишь коэффициент пропорциональности для различных решеток может составлять от 0,10 до 0,27. В одной из первых работ Маркова [11.17] рекомендуется коэффициент пропорциональности 0,41, но эта величина оказалась значительно выше, чем у других исследователей. [c.320] Для /те 10 И тонких ВЫХОДНЫХ кромок лопаток (т ./а 0,1) рекомендуется предельная величина g — 0,26(те/а). [c.320] Картер рассматривал характеристики решетки при оптимальном угле атаки, когда она работает с максимальным отношением коэффициента подъемной силы профиля к его коэффициенту сопротивления Св- Для выбора оптимального угла атаки можно воспользоваться графиком, представленным на рис. 11.5, где приведена зависимость оптимального угла атаки I от оптимального угла изгиба средней линии профиля 0, относительного шага решетки 5/с и угла поворота потока е. Предполагается, что влиянием угла установки профиля в решетке % и угла потока на выходе а можно пренебречь. Если проектировщик предпочитает использовать в качестве критерия не максимум Сь Св, а минимум потерь, обеспечивая снижение скоростей потока на спинке профиля, то ему следует уменьшить величину оптимального угла атаки приблизительно на 5°, особенно в случае решеток с малыми углами изгиба средней линии профиля. [c.323] Для компрессорных рещеток /г =1/2, а для сопловых решеток турбины п—. Картер предложил использовать кривые, изображенные на рис. 11.6, с помощью которых можно выбрать подходящую величину т для средних линий профилей, составленных как из дуг окружности, так и из дуг параболы с точкой максимальной кривизны, расположенной на расстоянии, составляющем 40 % от длины хорды профиля. [c.324] Однозначные рекомендации по выбору величины относительного шага 5/с для компрессорных решеток, рассчитанных на дозвуковые скорости потока, можно найти в пособиях по расчету компрессоров [1.2, 5.84]. Влияние относительного шага на угол атаки и угол отставания описывается соотношениями Картера, представленными на рис. 11.5 и 11.6. Опыт последующих расчетов в целом подтвердил достоверность этих соотношений. [c.324] Влияние шага решетки становится особенно заметным В трансзвуковых компрессорах. Величина шага решетки определяется числом Маха и углом потока на входе в решетку, которые обусловливают выбор необходимой ширины узкого сечения межлопаточного канала. При выборе оптимального шага для заданной решетки необходимо учитывать также потери в скачках уплотнения и потери на трение. [c.324] Величина оптимального шага рабочей решетки в дозвуковых турбинах устанавливается по эмпирическим соотношениям, полученным на основе экспериментального исследования решеток. На рис. 11.8 представлены сводные графики зависимости коэффициента потерь от угла потока на выходе из решетки и ее относительного шага. Эти зависимости, которые были опубликованы Эйнли и Матисоном [3.80] еще в 1951 г., до сих пор обеспечивают надежную основу для проектирования турбин. [c.325] В работе [11.25] дано подробное описание различных аспектов их использования. [c.326] Вернуться к основной статье