Газодинамических параметров

б) повышение надежности компрессорных станций за счет оптимального резервирования ГПА, использования ГПА повышенной мощности, улучшения газодинамических характеристик ГПА при работе в непроектных режимах, выбора схемы обвязки ГПА в цехе, повышения показателей надежности оборудования и ремонта;

В теории ступени необходимо развить метод построения ее характеристики путем построения характеристики комбинации решеток (на основе газодинамических характеристик последних) и последовательного наложения на эту характеристику неучтенных в ней внутренних потерь. Поэтому специальной задачей газодинамических основ теории турбин является теоретическое и экспериментальное изучение внутренних потерь в турбинной ступени. На основе такого изучения определяют факторы, в первую очередь влияющие на величину потери, и находят формулу для ее расчета.

Нам кажется, что путем надлежащей обработки имеющихся газодинамических характеристик лопаточных профилей в решетке можно надежно подобрать конструктивные характеристики профиля. Наметив их, можно построить профиль лопатки, скомпоновать профильную решетку, осуществить ее и продуть на газодинамическом стенде, получив ее газодинамическую характеристику. Результаты такой продувки позволят откорректировать подбор конструктивных характеристик профиля и таким образом создать уверенность в целесообразности и правильности подобного метода исследования.

общей конструкции атласа газодинамических характеристик нормализованных решеток.

продувки неподвижных прямых профильных решеток. Этот экс* периментальный материал обрабатывается в виде газодинамических характеристик профильных решеток, одной из которых является графическая зависимость ?тр = ?тр (а0, t, M, Re). В § 28 даны формулы (393) и (396), по которым, пользуясь теорией пограничного слоя, можно для заданной решетки рассчитать коэффициент потерь на трение ?. Возможность выполнения таких расчетов при уверенности в правильности их результатов делает лабораторное исследование решетки путем ее воздушной продувки лишь проверочным экспериментом, который должен подтвердить правильность соответствующей газодинамической характеристики, полученной расчетным путем. В настоящее время таких проверок сделано вполне достаточно, чтобы убедиться, что характеристики решеток, полученные расчетным путем, вполне можно использовать при проектировании турбинного облопатывания. Поэтому глубокое овладение расчетной техникой, необходимой для получения характеристик решеток, обязательно для инженера-турби-ниста.

Мы уделили значительное внимание получению газодинамических характеристик турбинных решеток расчетным путем, показав наиболее обоснованные и надежные расчетные методы. Из-за сложности расчетов, а иногда и невозможности довести их до конца при изучении движения потока сжимаемой жидкости через каналы профильной турбинной решетки не удавалось получить расчетные формулы, целиком базируясь на уравнениях движения вязкой жидкости. Всюду приходилось искать обходные пути, используя в значительной степени экспериментальные данные. Указанное обстоятельство приводило к необходимости дальнейшей работы в двух направлениях:

Оценивая качество работы ступени в предлагаемой методике ее расчетов, возьмем любое из указанных определений к. п. д. ступени, но сначала включим в число потерь течения через направляющий (сопловой) и рабочий венцы только профильные и концевые потери, с учетом коэффициентов скоростей ср и гз в сопловых и рабочих каналах соответственно. Значения этих коэффициентов берутся с газодинамических характеристик выбранных решеток. Поскольку в рассмотрение входят только решетки в комбинации, то полученный окружный к. п. д. ступени назовем

Таким образом, во всех случаях выбора конструктивных форм ступеней можно подобрать решетки комбинации и на основании газодинамических характеристик этих решеток построить характеристику ступени. С этой целью необходимо воспользоваться даваемой в теории турбин формулой, выражающей окружный к. п. д. ступени через значения факторов, оказывающих на этот к. п. д. влияние.

В лаборатории турбомашин МЭИ используются различные стенды влажного-водяного пара, ориентированные на изучение: 1) условий подобия и моделирования двухфазных течений в различных каналах и в элементах проточной части турбин АЭС; 2) механизмов скачковой и вихревой конденсации пара в соплах» каналах и решетках турбин при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях; 3) влияния периодической нестационарности и турбулентности на процессы образования дискретной фазы, взаимодействия фаз и интегральные характеристики потоков; 4) двухфазного пограничного слоя и пленок в безградиентных и градиентных течениях; 5) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде, а также критических режимов в различных каналах в стационарных и нестационарных потоках; 6) основных свойств и характеристик дозвуковых и сверхзвуковых течений в соплах, диффузорах, трубах, отверстиях и щелях; 7) влияния тепло- и массообмена на характеристики потоков в различных каналах; 8) течений влажного пара в решетках турбин с подробным изучением структуры потока и газодинамических характеристик; 9) структуры потока, потерь энергии и эрозионного процесса в турбинных ступенях, работающих на влажном паре; 10) рабочего процесса двухфазных струйных аппаратов (эжекторов I и инжекторов).

Исследования решеток турбин на влажном паре необходимы для решения трех связанных задач: 1) получения газодинамических характеристик в широком диапазоне режимных и геометрических параметров; 2) разработки эффективных способов уменьшения отрицательного влияния влаги в проточной части; 3) разработки надежных способов эрозионной и коррозионной защиты лопаток. Первым этапом таких исследований должны быть эксперименты, ориентированные на изучение физических и структурных

цессе генерируются пульсации параметров потока, вызывающие изменения газодинамических характеристик решеток.

Поскольку достижимые параметры струйного компрессора зависят от газодинамических параметров потоков в сечениях 2-2 и 3-5 камеры смешения, то при решении как первой, так и второй задачи задаются рядом значений А,СЗ в выходном сечении 3-3 камеры смешения и для каждого из них определяются достижимые параметры. Характер получаемых при этом зависимостей коэффициентов инжекции /( или степени повышения давления Рс/Рн от ЯСЗ [u=ty (Лез) и pc/p,i= ==1з(А,сз),] показан на рис. 6.5.

Предварительный расчет ТНД. Особенностью рабочего процесса в ТНД является значительный рост удельного объема пара вдоль проточной части, главным образом к ее концу. Распределение геометрических и газодинамических параметров по ступеням должно учитывать эту особенность во избежание резкого раскрытия проточной части и для получения приемлемой экономичности ТНД.

Генератор с дискретным спектром частот. Основным элементом (рис. 6), генерирующим звуковые колебания, является вращающийся диск 2 с отверстиями, установленный в струе воздуха, истекающего из сопл форкамеры /. Число сопл в форкамере и шаг распределения по окружности соответственно равны числу и шагу распределения аналогичных отверстий в рабочем колесе (диске 2). При вращении диска площадь сечения струи воздуха, истекающего из сопл, периодически изменяется от минимальной (когда отверстия полностью закрыты) до максимальной (когда они полностью открыты). Попеременное открывание и закрывание отверстий приводит к резкому изменению газодинамических параметров струи и, следовательно, к возникновению пульсаций давления в горле рупора, которые возмущают звуковые колебания воздушной среды.

Важнейший этап — разработка, т.е. проектирование конструкции машины. На рис. 1 представлена схема, поясняющая методологию оптимального конструирования. Главным вопросом является оптимизация основных газодинамических параметров. Поиск оптимума в этой области направлен на обеспечение заданных выходных параметров двигателя, в том числе и показателей надежности. Важным моментом в этом процессе является соединение и взаимодействие теоретических исследований и экспериментов.

Оптимизация основных газодинамических параметров эических процессов

К числу газодинамических характеристик решеток относят коэффициент потерь кинетической энергии, угол выхода потока, коэффициент расхода. Эти характеристики определяют как интегральные, осредняя их соответственно по уравнениям сохранения. Такой подход обусловлен неравномерностью распределения скоростей, давлений и плотностей в сечениях перед и за решеткой. В потоках двухфазных сред неравномерность полей газодинамических параметров возрастает, а при использовании уравнений сохранения необходимо учитывать вклад каждой фазы.

Сложность структуры потока влажного пара в турбинных решетках (см. гл. 3) едва ли позволяет в настоящее время решить-проблему в рамках единого метода. Численное моделирование таких течений должно строиться на базе системы алгоритмов и программ, позволяющих проводить последовательное уточнение путем учета различных физических факторов. В этой связи создание методов расчета течений насыщенного и влажного пара в межлопаточных каналах решеток в широком диапазоне газодинамических параметров с учетом термодинамической и механической неравновесности двухфазных потоков является важной задачей. Решение этой задачи дает возможность получить информацию о распределении параметров на внешней границе двухфазного пограничного слоя и тем самым создает предпосылки для обоснованного учета и других особенностей течения влажного пара в решетках. Необходимо также подчеркнуть, что развитая ниже методика расчета плоских двухфазных течений применима к каналам любой формы.

водных, усреднялись в зависимости от координаты дифференцирования и выносились из-под знака дифференциала. Уточнение этих коэффициентов производилось в итерационных циклах. Поскольку методы решения уравнений теплообмена (1.36), (1.37) и системы из уравнений движения (1.38) и неразрывности (1.39) различны, решение задачи разбивалось на два последовательных этапа: решение уравнений теплообмена — тепловая часть задачи, совместное решение уравнений движения и неразрывности — газодинамическая часть задачи. Решения этих частей задачи увязывались через уравнение состояния и итерационные циклы. Поскольку при решении уравнений (1.38), (1.39) была применена явная схема, это наложило жесткие ограничения по выбору шага по времени Дт /Ах < < 1/(ы + а). Из-за чрезмерной затраты машинного времени решение такой задачи неприемлемо. Поэтому, используя условия работы пучка витых труб, в котором длительность изменения во времени скоростей, плотностей и давлений газа много больше времени прохождения слабых возмущений, расчеты газодинамических параметров в любой момент времени т можно проводить по стационарной методике. При этом шаг по зремени Дт > 10"3 ... 10" 4 с. Примененный при решении тепловой части задачи метод переменных направлений с использованием неявной схемы, обладающей устойчивостью при широкой вариации пространственно-временных шагов, не требует строгого ограничения на выбор шага по времени.

Существуют разные способы предотвращения эрозии турбинных лопаток. Поскольку причиной эрозии являются удары капель о поверхность лопаток, одним из наиболее эффективных способов ее предотвращения является отвод конденсата из проточной части турбины при помощи сепарационных устройств. Значительное снижение эрозии можно получить, производя поверхностное и местное упрочнение наиболее подверженных эрозии участков лопаток. Существенное значение для уменьшения эрозии имеет рациональный выбор конструктивных и газодинамических параметров при проектировании турбин. Наконец, имеются сведения об электрических способах защиты от эрозии. Рассмотрим все эти способы подробнее.

Для предотвращения эрозии турбинных лопаток используются: отвод конденсата из проточной части турбины с помощью сепарационных устройств, местное упрочнение поверхности наиболее подверженных эрозии участков лопаток, рациональный выбор конструктивных и газодинамических параметров турбины. Высокая эффективность влагоудаления за рабочим колесом достигается за счет выполнения широкого и короткого влаго-отводящего канала при минимальной перекрыше и некотором открытии межлопаточных каналов рабочего колеса на периферии. Влагоотводящее устройство перед рабочим колесом целесообразно выполнять с плавным входом (рис. 46). Эффективность этого устройства растет с увеличением осевого зазора между сопловым аппаратом и рабочим колесом. В современных паровых турбинах с высокими окружными скоростями по концам лопаток наиболее эффективной мерой борьбы с эрозией лопаток последних ступеней является экспериментально проверенная система влагоудаления в сочетании с упрочнением поверхности лопаток вблизи передних кромок электроискровым способом или установкой накладок из твердых сплавов (например, из стеллита).

Рис. XII.37. Распределение газодинамических параметров пара за РК моделей с направляющей решеткой при у"=30° (кривые /) и у"=55° (кривые 2)