Экспериментальное исследование структуры потока за рабочим колесом осевой турбинной ступени

Цель работы

Цель работы - изучение методики и выполнение эксперимен­тального исследования структуры потока во вращающейся модели осевой турбинной ступени, в том числе построение и анализ полей распределения основных параметров потока по высоте рабочей ло­патки за РК при трех режимах работы ступени.

Исследования выполняются на опытной воздушной турбине. Продолжительность работы - 4 часа.

Теоретические сведения

Структура потока рабочего тела за РК осевой турбинной ступени является важной характеристикой процесса преобразования энергии. Она способствует более глубокому познанию физической сущности течения рабочего тела при взаимодействии с лопаточными решетка­ми ступени. Знание её позволяет, в частности, оценить фактическую не использованную выходную кинетическую энергию, т.е. не преоб­разованную в механическую работу ступени. Она составляет основ­ную наиболее значимую потерю энергии в ступени - потерю с вы­ходной скоростью

,

где С₂ - среднерасходная абсолютная скорость потока за РК.

Вместе с тем, поле расходной составляющей абсолютной скоро­сти С_2z дает представление о распределении расхода рабочего тела по высоте РЛ.

Для анализа структуры потока за РК (сечение 2 за ступенью) часто используются поля таких параметров, как полное и статичес-

кое р₁ давления, абсолютная скорость С₂ и углы её направления α₂ в тангенциальной и γ₂ в меридиональной плоскостях. Распределение этих параметров потока зависит от ряда конструктивных и режимных

па­раметров.

Как показывают исследования, степень неравномерности пара­метров наблюдается как в окружном, так и в радиальном направлени­ях. Причем неравномерность параметров за РК существенно меньше имеющейся в межвенцевом зазоре (см., например, рис.23 [2]).

Рис. 23. Поля параметров потока на средней окружности сечений 0,1 и 2 в одноступенчатой турбине при х_орt; штриховые линии - в изолированной ступени; давления отнесены к давлению торможения в сечении перед входным патрубком; углы измеряются от положительного направления РК

Заметное воздействие на структуру потока за РК оказывают смежные элементы проточной части турбины, их конструктивные особенности. Так, распределения параметров по ок­ружности в одноступенчатой турбине и изолированной ступени существенно различаются под влиянием входного патрубка с од­носторонним входом и выходного патрубка с односторонним вы­ходом рабочего тела (см. рис. 23)[2].

В свою очередь, поля параметров в радиальном направлении в периферийной области за РК являются результатом взаимодейст­вия основного потока, протекающего через рабочую решетку, с потоком через периферийные зазоры. При этом радиальная нерав­номерность параметров потока зависит от конструкции уплотне­ния периферийных зазоров и режима работы ступени (рис. 24)[2].

В корневой области ступени на поток рабочего тела оказыва­ют определенное воздействие насосный эффект вращающегося диска РК и эжекционный эффект от взаимного влияния основного потока, протекающего через рабочую решетку, и среды, запол­няющей зад-

ную камеру ступени.

Особенно сильному изменению подвергается структура потока за РК при переменных режимах работы ступени.

Рис. 24. Изменение по длине РЛ за РК в отсеке «ступеньдиффузор» угла выхода потока и относительной скорости выхода потока

-– средняя по высоте РЛ скорость выхода потока

Следует отметить, что экспериментальное исследование струк­туры потока траверсированием аэродинамическими приборами весьма трудоемкий процесс и занимает много времени. Поэтому в рамках данной лабораторной работы №5 из-за ограничения времени параметры за РК измеряются в одном радиальном сече­нии в пределах высоты лопатки при трех режимах работы изолиро­ванной осевой турбинной ступени .