Определение зависимости степени реактивности осевой турбинной ступени

От режима работы

Цель работы

Цель работы заключается в изучении методики и выполнении экспериментального исследования влияния коэффициента на степень реактивности в корневом и периферийном сечениях осевой турбинной ступени.

Лабораторная работа №4 выполняется на экспериментальной воздушной турбине. Продолжительность работы – 3 часа.

Теоретические сведения

Термодинамическая степень реактивности ступени

,

где и – изоэнтропийные перепады энтальпий в РК и ступени (см. рис.17).

Она характеризует распределение перепада между НА и РК.

Если , то в РК не происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую, а весь перепад переходит в кинетическую энергию только в НА. Такая ступень называется чисто активной.

Когда , то ступень принято называть активной или активной с небольшой реактивностью.

Если , то ступень называется реактив-

ной [11, 12].

В некоторых случаях давление в межвенцевом зазоре может быть ниже давления за РК. Тогда в рабочих каналах происходит повышение давления, а перепад и реактивность оказываются отрицательными. Такое диффузорное течение в рабочей решетке сопровождается увеличением потерь энергии, поэтому реактивность следует избегать.

В турбинных ступенях с дозвуковыми скоростями потока (число ) можно пренебречь сжимаемостью рабочего тела. Тогда степень реактивности ступени на среднем диаметре

.

Аналогично степень реактивности ступени у корня

и у периферии

,

где и – осредненное по шагу НА статическое давление у корня и периферии ступени соответственно.

Согласно упрощенному уравнению радиального равновесия применительно к осевой ступени

давление в зазоре вдоль радиуса (по длине лопаток) возрастает (при имеем . Это обусловлено нарастающей по радиусу центробежной силой рабочего тела, вращающегося относительно оси z со скоростью .Следовательно, самое низкое давление за НА характерно для корневого сечения. Это означает, что если в осевой ступени возникает отрицательная реактивность, то это возможно прежде всего в корневой ее области.

В соответствии с повышением давления по радиусу от до возрастает степень реактивности ступени от у корня до у периферии.

Для осевой ступени постоянной циркуляции ( и ) степень реактивности на произвольном радиусе можно оценить по выражениям:

а) если известна (принята или задана) степень реактивности на корневом радиусе , то

; (6)

б) если известна (принята или задана) степень реактивности на среднем радиусе , то

.

Графическое изображение этих зависимостей иллюстрируется, например, на рис.21 для ступеней средней веерности с втулочным отношением при различных значениях и .

Очевидно, что изменение степени реактивности по радиусу осевой турбинной ступени тем меньше, чем ближе к единице её значение на среднем диаметре (радиусе). В частности, при она остаётся одинаковой по всей длине РЛ от до .

Из выражений (6) и можно получить зависимость степени реактивности от и для ступеней, отличающихся втулочным отношением :

,

где .

Рис.21. Зависимости степени реактивности ступеней с втулочным отношением от радиуса при различных значениях и (по выражениям и ): ; ; ; ;

В процессе эксплуатации турбины режим работы составляющих её ступеней может отличаться от расчётного при изменении мощности (нагрузки) N, расхода рабочего тела G, перепада энтальпий h₀ и скорости С₀, отношения давлений , числа оборотов n и окружной скорости u , числа Рейнольдса и т.д. При этом существенно изменяется и степень реактивности ступени . Особенно заметное влияние на оказывает отношение и расчётное значение .

В , например, показано, что для активных ступеней с небольшой расчётной реактивностью при условии

,

где .

В качестве примера на рис.22 представлены расчётные зависимости изменения степени реактивности от изменения отношения скоростей для разных значений расчётной реактивности 0;0,2;0,4;0,6.

Наглядно видно, что с увеличением реактивности от 0 до 0,5 чувствительность ступени к изменению режима работы снижается. При этом знаки приращения и совпадают. Дальнейший рост реактивности приводит к противоположным знакам приращений и при возрастающем влиянии режима работы ступени на степень её реактивности. Отмеченное справедливо также при оценке влияния режима работы ступени на степень реактивности и .

Рис.22. Зависимость изменения степени реакции ступени от изменения отношения скоростей для разных значений расчетной степени реактивности

Для подтверждения теоретических выводов в рамках настоящего лабораторного практикума в данной работе выполняется

экспериментальное определение зависимостей и на моде-

ли конкретной осевой турбинной ступени.