Содержание работы

1 Определение кромочных потерь в решетке без вдува воздуха путем

замера кромочного давления, полного и статического давления на выходе из
решетки

2 Определить удельный вес кромочных потерь в общем объеме профильных

потерь, сопоставляя результаты работ №1, 2

3 Определить относительное снижение кромочных потерь путем вдува через выходную кромку (1...5%) воздуха от расхода через канал.

4 Построить график зависимости кромочных потерь от количества
вдуваемого воздуха

5 Построить график зависимости кпд решетки от величины выдуваемого через выходную кромку воздуха

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Обтекание профиля потоком вязкой жидкости и структура пограничного слоя схематично показаны на рис. 10. Начиная от точки разветвления, на профиле развивается ламинарный пограничный слой, который быстро теряет свою устойчивость и переходит в турбулентный пограничный слой при наличии тонкого ламинарного подслоя.

1- ламинарный пограничный слой;

2- ламинарный подслой;

3- турбулентный пограничный слой;

4- вихри за кромкой.

Обтекание профиля потоком вязкой жидкости

Рис.10

Отрыв потока при обтекании выходной кромки приводит к появлению за ней турбулентной вихревой зоны. Вихреобразование за кромками объясняется отрывом потока при сходе его с кромок; при этом после отрыва давлении со стороны корытца падает, а со стороны спинки возрастает. Статическое давление в вихревом следе ниже, чем в ядре потока («донный эффект»), также меньше и скорость потока. Поэтому в эпюре полных давлений непосредственно за решеткой против выходных кромок имеют место характерные зоны «провалов», ширина которых в основном обуславливается толщиной выходной кромки. По мере удаления от кромок происходит смещение основного потока с вихревыми следами, что сопровождается незначительными потерями и измененинм параметров потока, в частности уменьшением его угла из-за заполнения потоком закромочных зон. Таким образом, наличие выходных кромок конечной толщины приводит к вихревым потерям и потерям на смешение. Г.Ю. Степановым развит полуэмпирический метод расчета потерь применительно к прямым кромкам. Используя уравнение неразрывности, энергии и импульсов, он получил соотношения для определения кромочных потерь и параметров потока за решеткой, которые являются обобщением известной формулы Борда-Карно на случай течения газа через решетку, при следующих допущениях:

1) Поле скоростей и давлений между кромками однородно;

2) Изменение плотности газа при выравнивании поля между сечениями К-К и 2-2 пренебрежимо мало;

3) В сечении 2-2 на некотором расстоянии от решетки поле скоростей и давлений однородно.

Выделим объём газа между сечениями К-К и 2-2, двумя произвольными эквидистантными поверхностями (рис. 11)

- геометрический угол выхода потока из решетки;

- горло решетки;

- шаг решетки;

- кромочное давление;

- абсолютная скорость на выходе из решетки;

- толщина выходной кромки.

Геометрические параметры и схема обтекания выходных кромок лопаток

Рис. 11

Для потока несжимаемой жидкости уравнения неразрывности и количества движения в проекции на оси У и Х принимают вид:

(4)

(5)

(6)

Из системы трех уравнений (4) – (6) находятся три неизвестных параметра , , или эквивалентные им безразмерные величины при относительном вдуве

(7)

(8)

(9)

В выражениях (8), (9) величина

Коэффициент потерь (9) прямо зависит от относительной толщины кромок или . При абсолютная величина очень мала. Особенно при малых углах кромок . Наличие разрежения за кромками () приводит к увеличению величины потерь и к уменьшению влияния на них угла кромок .

Для аналитического определения потерь в турбинных решетках с учетом влияния выпуска охлаждающего воздуха из лопаток через щели в торце выходной кромки необходимо знать зависимость безразмерной величины кромочного давления от величины отношения расхода выдуваемого воздуха к расходу газа через решетку

Схема течения с выдувом воздуха в выходную кромку

Рис. 12

Для несжимаемой жидкости, при условии выдува воздуха в заднюю кромку, уравнение (4) - (6) примут несколько иной вид. Для их записи рассмотрим схему течения с вудувом воздуха в заднюю кромку лопаток, представленную на рис. 12. Параметры воздуха на выходе из щели (индекс «В») и газа на выходе из решетки (индекс «Г») будем считать известными. Составим исходные уравнения, принимая за расчетные сечения К-К и СМ-СМ (рис. 12) и записывая обозначения параметров выравнившегося потока (смеси) с индексом СМ.

Уравнение расхода:

(10)

Уравнение импульсов в проекции на направление фронта решетки и на осевое направление:

;

(11)

Уравнение энергии:

(12)

Совместное решение уравнений (10), (11), (12) даст следующий результат

(13)

(14)

Выражения (13) и (14) записаны при условии равенства углов между фронтом решетки и вектором скорости основного потока и выдуваемой струи на срезе решетки. Схема выдува и принятые в (13) и (14) обозначения геометрии задней кромки приведены на рис. 13.

Приведенные выше геометрические параметры продуваемой решетки имеют следующие значения:

Геометрические параметры решетки

Рис.13

С учетом этих величин выражения (8), (9), (13) и (14) для данной решетки можно записать в виде

(15)

(16)

(17)

(18)

Таким образом, используя выражения (17) и (18), можно определить величину кромочных потерь при выдуве воздуха в заднюю кромку

(19)

Если ввести в выражение для безразмерной величины кромочного давления величины перепадов столба жидкости в манометре, то получим

(20)

Где Р_кр – кромочное давление; Р_к– статическое давление в канале решетки в выходном сечении; Н – перепад от полного давления (мм); h – перепад от статического давления (мм).

Для расчета течения в решетке имеем

(21)

Так что приведенная скорость за решеткой равна

где

Но для оценки эффективности решетки этот коэффициент не пригоден, так как при его определении в располагаемую энергию включалась только располагаемая энергия основного потока.

Строго эффективность решетки описывается термодинамическим кпд решетки, определяемым с учетом располагаемой энергии выдуваемого воздуха

(22)

Где V₂_t – теоретическая (располагаемая) скорость основного потока на выходе из решетки; V _b _t - теоретическая (располагаемая) скорость выдуваемого воздуха.

Для определения располагаемых скоростей необходимо знать условия на выходе из решетки и вместе выдува воздуха, тогда скорости определятся как

Для условий эксперимента примем

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Под выдув воздуха в выходную кромку оборудована средняя лопатка плоской турбинной решетки. Щель выполнена на половине высоты выходной кромки.

Толщина выходной кромки

Ширина щели

Высота щели

По высоте выходная кромка препарирована с шагом 5 мм под замер кромочного давления. Приемники давления выведены на батарею микроманометров.

Внутренняя полость лопатки является ресивером в системе вдува воздуха, который осуществляется с помощью автономного компрессора. Расход выдуваемого воздуха регистрируется расходометром непосредственно перед лопаткой. Подвод воздуха осуществляется по гибким резиновым шлангам.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1 После включения установки произвести замеры избытка относительно атмосферы кромочного давления Н_кр, кромочное давление измеряется в 3-х – 4-х точках, удаленных от стенки и осредняется.

2 Измерить избыток полного давления в ядре потока среднего канала Н_к. Для этого необходимо протраверсировать канал по шагу решетки с шагом 5…10 мм, отступая от выходных кромок на 10 мм, чтобы исключить их влияние.

3 Одновременно с Н_кр измеряется статическое давление в выходном сечении. При этом трубка Пито устанавливается по углом 16⁰ к фронту решетки равном углу выхода потока из решетки.

4 Величины Н_к и h_к осредняются по шагу

;