Окружной и внутренний КПД ступени.

Уравнение Эйлера для радиальной ступени имеет вид

,                            (1.5)

где c = -степень радиальности;

D _2m – средний диаметр выходного сечения колеса.

Уравнение энергии следует записывать с учетом работы кориолисовых сил

,                                       (1.6)

где l_a – адиабатный перепад энтальпий, равный располагаемой работе при m ₂=0;

r - степень реактивности ступени.

Окружной КПД ступени будет иметь выражение

.                           (1.7)

Для упрощенного случая m ₂=0 можно записать

,                                                   (1.8)

где ν _ф = - скоростная характеристика ступени;

- условная скорость, вычисляемая по полному перепаду энтальпий ступени. Оптимальное значение скоростной характеристики соответствует максимальному КПД ступени

,                         (1.9)

где b – опытный коэффициент, равный 0,44¸0,47.

Одной из особенностей радиально–осевой центростремительной ступени является возможность появления обратного течения в привтулочной области выходного сечения (w <0). Ступень продолжает работать, но КПД ступени снижается. Во избежание этого надо, чтобы всюду было w ₂>0.

Ступень называется активной, если . Для удовлетворения указанного условия необходимо обеспечить минимальную степень реактивности

,                                                      (1.10)

где .

Расчеты показывают, что у такой ступени

Большое влияние на КПД имеет правильный выбор a ₁. Существуют оптимальные значения a ₁, диапазон которых лежит в границах 12¸25°.

Угол входа в колесо b ₁ зависит от a ₁, r, ν _ф и угла атаки i. Можно допускать угол атаки i»+6¸-15° без существенного увеличения потерь энергии.

В состав внутренних потерь энергии помимо трех основных потерь: потерь в сопловом аппарате, в рабочем колесе и с выходной скоростью, входят потери трения диска, потери от протечек в зазорах, потери от неполноты впуска.

Потери трения диска по своей природе аналогичны потерям осевых ступеней и определяются по опытным зависимостям.

При обычных конструктивных формах радиально–осевой центростремительной ступени имеется три зазора: радиальный d _р, осевой передний S_m, и осевой задний зазор S з. Открытый радиальный зазор выбирают из соображений надежности. При этом учитывают остаточное увеличение диаметра диска в конце срока службы, прогиб ротора, коробление корпуса и т.д.

Открытый радиальный зазор принимают .

Суммарная перекрыша  по рекомендациям [2] принимается

Экспериментальное исследование показывает, что выбор зазора в пределах  приводит к снижению КПД на 1%. Здесь

Потери энергии от утечек через осевой зазор Sm можно оценить по формуле

,                             (1.11)

где - КПД ступени при нулевом зазоре.

Как и в осевой ступени, при неполном впуске, появляется потеря, состоящая из вентиляционной и краевой потерь. Последняя, в свою очередь, отражает потери энергии, связанные с выколачиванием, взаимодействием потока с застойным газом на краях дуги впуска, с эжекционными эффектами. Приближенно потери энергии от неполного впуска можно определить по формуле

,

где z _p – число лопаток рабочего колеса.

Внутренний КПД ступени определяется по формуле

,  (1.12)

или для ступени работающей без использования выходной энергии (m _вых=0) можно переписать

.

Внутренний КПД радиально–осевой центростремительной ступени зависит от скоростной характеристики, парциальности, радиального и осевого зазоров, угла a₁.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Чем отличается центростремительная турбина от центробежной турбины?

2. Какие потери энергии входят в состав профильных потерь энергии?

3. Какие геометрические характеристики радиально-осевой турбинной ступени влияют на оптимальный шаг соплового аппарата?

4. Какие виды ускорений имеет рабочее тело во вращающейся рабочей решетке радиально-осевой турбинной ступени?

5. Какое направление вращения имеют парные вихри у периферии и у ступицы рабочей решетки радиально-осевой турбинной ступени?

6. От каких геометрических и эксплуатационных характеристик рабочего аппарата зависят срывные потери энергии?

7. Какие зазоры имеет радиально-осевая турбинная ступень обычной конструктивной формы?

Литература: [1], [2], [8].