ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние радиальных и осевых зазоров между соседними венцами из "Аэродинамика решеток турбомашин " Двумя параметрами, которые связаны с многосторонним взаимодействием между конструкцией и процессами обтекания решеток, являются радиальный зазор и осевое расстояние между соседними венцами лопаток. Особенности течения в радиальном и осевом зазорах связаны с вязкостью и нестацио-нарностью потока, так что они пока не поддаются полному теоретическому расчету. В связи с этим большинство имеющихся к настоящему моменту данных получено в результате экспериментов. [c.339] В разд. 3.5.2 вопрос о влиянии радиального зазора на характеристики осевых турбомашин уже поднимался и было показано, как с помощью теоретических выкладок можно получить соотношение между толщиной вытеснения пограничного слоя на торцевой стенке проточной части и радиальным зазором. [c.339] Сравнение с некоторыми экспериментальными данными, представленными на рис. 11.12, показывает, что формула (11.6) позволяет рассчитать снижение КПД турбины из-за потерь в радиальном зазоре с достаточной точностью. [c.340] В разд. 3.5.2 указывалось, что во время испытаний восьмиступенчатого компрессора Элайс [3.79] удалось повысить его КПД на 4%, когда относительный радиальный зазор был уменьшен с 3 до 17о- Дополнительная информация относительно серии испытаний осевых компрессоров, вентиляторов и насосов представлена на рис. 11.12. Все данные относятся к режиму максимального КПД или более высоким точкам на характеристике. Поскольку данных, относящихся к нулевому радиальному зазору, экспериментально получить невозможно, была выполнена соответствующая экстраполяция. В большинстве случаев зависимость параметров от радиального зазора была почти линейной, так что такая экстраполяция особых трудностей не представляла. Кроме того, для этой цели использовалась формула (11.6). [c.340] Требовалось изменение формулы (11.6) применительно к турбомашинам с большим удлинением лопаток. Следует также отметить, что сушественное влияние на характер снижения КПД в зависимости от увеличения радиального зазора может оказать число Рейнольдса, однако для оценки этого влияния недостаточно имеющихся экспериментальных данных. [c.341] Если рассматривать снижение максимального коэффициента напора, то очевидно, что для различных турбомашин влияние увеличения радиального зазора проявляется по-разному. [c.342] Наиболее подходящим соотношением для имеющихся экспериментальных данных оказывается формула, предложенная в работе [11.48], где в качестве независимой переменной используется произведение отношения t h и коэффициента влияния Коэффициент / пропорционален СьУ что указывает на связь с упомянутой ранее формулой работы [11.46]. [c.342] Принципиальный недостаток всех попыток получить соотношение для максимального коэффициента напора заключается в том, что форма характеристики и, следовательно, поведение турбомашины в условиях наступления срывного режима не принимаются во внимание. Любой критерий начала срыва, основанный исключительно на максимальном коэффициенте напора, найдет лишь ограниченное применение. Конструкторы вентиляторов часто рассматривают только снижение расхода воздуха до наступления срывного режима такой анализ также имеет свои недостатки. Более общий критерий начала срыва должен учитывать, например, такой параметр, как коэффициент расхода, поделенный на коэффициент напора или какой-либо другой параметр, характеризующий удаленность рабочей точки от границы срывного режима. [c.342] Данные по влиянию радиального зазора на КПД осевых турбин представлены на рис. 11.13. На первый взгляд, эти данные кажутся менее связными, чем в случае потребляющих мощность турбомашин. Это впечатление обманчиво, поскольку данные по турбинам получены для значительно более широкого диапазона параметров. [c.342] Результаты экспериментов представлены в виде прямых линий, а не отдельных точек, поскольку в одноступенчатых турбинах изменение КПД в зависимости от относительного радиального зазора имеет линейный характер и разброс экспериментальных точек невелик. [c.342] Когда зазор между рабочим колесом и соседним неподвижным сопловым или направляющим аппаратом систематически изменяется в осевом направлении, происходят определенные изменения в характеристиках турбомащины. Изменяться при этом могут КПД турбомащины, запасы устойчивости, излучаемый щум и вибрационные характеристики. Явления, происходящие в осевом зазоре, всегда нестационарны по своему характеру часто связаны с вязкостными эффектами и обычно трудно поддаются точному измерению. Анализ и теоретический расчет этих явлений до сих пор находятся в зачаточном состоянии. [c.344] В работе [8.126] проводится количественная оценка влияния осевого зазора на нестационарные течения в решетках турбомашин, особенно в связи с их чувствительностью к различным источникам вибраций. Для различных величин осевого зазора проводились измерения в закромочных следах за рабочими лопатками и сняты нестационарные распределения давлений в сопловых решетках. [c.344] Даже для небольших скоростей потока до настоящего времени накоплено мало систематических данных. Можно сказать, что в простейшем случае взаимодействия между подвижной и неподвижной решетками (компрессора или турбины) проявляются два доминирующих эффекта. Это эффекты взаимодействий в потенциальном потоке и в закромочных следах. [c.344] При систематических расчетах влияния осевого зазора следует учитывать оба эти эффекта. Как указывалось в гл. 8, простая линейная суперпозиция колебаний, как правило, приводит к нереальным, вероятно, завышенным результатам. Эффект взаимодействий в потенциальном потоке можно рассчитать с по-мошью теорий квазистационарного и нестационарного течения это вполне разумное расширение возможностей существующих расчетных методов. Применение теории вязкого течения к расчету взаимодействия закромочных следов носит более сложный характер, и прогресс в этом направлении будет более быстрым если использовать соответствующие эмпирические данные. [c.345] Довольно точные полуэмпирические формулы для процесса размывания ближнего и дальнего закромочных следов представлены в работе [7.64]. На рис. 11.14, заимствованном из этой работы, представлены данные но уменьшению максимальной скорости, характеризуемой отношением двс1Яо)для закромочных следов за изолированными профилями, решетками профилей и рабочими колесами. [c.345] По данным, представленным на рис. 11.14, можно достаточно надежно рассчитать амплитуду и характеристики порывов в закромочных следах на выходе из решетки. [c.346] Анализ результатов работы [3.75] показывает, что с изменением осевого зазора между венцами компрессора происходят значительные изменения его КПД и максимальной степени повышения давления. Эти изменения лучше всего коррелируют с величиной осевого зазора, отнесенной к шагу решетки, нежели с этой величиной, отнесенной к хорде или тем более к высоте лопатки. Все это свидетельствует о том, что эффекты взаимодействия в потенциальном потоке могут оказывать существенное влияние на характер течения в решетках. Влияние осевого зазора на КПД компрессоров проявляется следующим образом максимальный КПД получается в том случае, когда венцы лопаток установлены ближе всего один к другому, а по мере увеличения осевого зазора КПД снижается. [c.346] Все это соответствует выводам работы [11.53] о том, что в одноступенчатом компрессоре КПД монотонно повышается при уменьшении осевого зазора до величин, составляющих около половины длины хорды профиля. [c.346] Проектировщики турбин обычно убеждены в том, что взаимодействия струй как в потенциальном потоке, так и в закромочном следе неблагоприятно сказываются на КПД турбины. При очень малых осевых зазорах эффект потенциального взаимодействия проявляется наиболее сильно. Однако по мере увеличения осевого зазора преобладающими становятся вязкостные эффекты. Таким образом, было установлено, что для некоторых турбин может существовать оптимальная величина осевого зазора [3.87]. Оптимальный КПД турбины получается в том случае, когда осевой зазор увеличивается до значения, при котором увеличение потерь от взаимодействия закромочных следов перестает компенсироваться снижением потерь от взаимодействия в потенциальном потоке. [c.346] Изложенные соображения подтверждаются данными, представленными на рис. 11.15. У некоторых из исследованных турбин оптимальная величина КПД достигалась при осевых зазорах, составляющих около 15 % высоты рабочих лопаток. К сожалению, не было никаких попыток использовать длину хорды профиля либо ширину узкого сечения межлопаточного канала в качестве нормирующего параметра, что позволило бы получить обобщенное эмпирическое соотношение. [c.346] Вернуться к основной статье