Оценка основных геометрических размеров ступени

Геометрические размеры ступени определяются по мере решения задач расчета. При выборе типа профиля определяются геометрические характеристики направляющей и рабочей решеток, которые входят в состав основных геометрических размеров ступени.

Отработка формы профилей и определение их аэродинамических характеристик является весьма трудоемким и кропотливым процессом. Поэтому разрабатывать новые профили для каждой вновь проектируемой турбины не всегда возможно и целесообразно. Современные тенденции в этом вопросе сводится к разработке заранее ограниченного количества совершенных в аэродинамическом отношении профилей и получению их характеристик. В процессе проектирования новой турбины подбираются профили, наиболее пригодные для работы в той или иной ступени. Ограничение количества применяемых профилей при одновременной замене старых профилей новыми, более совершенными, с практической точки зрения представляет весьма важное мероприятие.

Оно позволяет унифицировать формы профилей для всей турбостроительной промышленности в масштабе государства и организовать централизованное изготовление профильных заготовок. Тщательно исследованные аэродинамические характеристики новых профилей позволяют более обоснованно назначать шаг и угол установки профилей в решетке и тем самым обеспечат получение более высокого КПД турбины, и более близкое совпадение ее расчетных и действительных характеристик. Возможность унификации форм профилей вытекает из проведенных широких исследований решеток методом воздушных продувок. Оказывается, что при развороте профиля в некотором небольшом диапазоне изменения углов установки β_в потери энергии изменяются очень незначительно, а выходной угол потока d₁ (β₂) изменяется в соответствии с изменением угла установки. На этом основании весь встречающийся на практике диапазон выходных углов может быть обеспечен всего несколькими формами профилей.

В учебном пособии [2] приводятся данные по некоторым из турбинных профилей нового типа, разработанным отечественными научно-исследовательскими институтами. Некоторые из этих профилей разработаны специально для применения в судовых паровых турбинах. Они характеризуются малой чувствительностью к изменению входного угла потока, что позволяет сохранить КПД турбины на достаточно высоком уровне на всех режимах ее работы.

Приведенные профили предусматривают широкий диапазон выходных углов потока и, таким образом, обеспечивают проектирование всех ступеней турбины от первых ступеней до группы последних ступеней. Все рекомендуемые профили можно разбить на две группы: профили реактивного типа и профили активного типа:

Профили реактивного типа – эти профили характеризуются толстой закругленной входной кромкой и предназначены для работы при относительно небольших скоростях пара на входе в решетку. Они используются в качестве сопловых профилей активных ступеней, а также в качестве профилей рабочих и направляющих лопаток реактивных ступеней.

В качестве основных аэродинамических характеристик профилей рассматриваются коэффициент профильных потерь ς_о и угол выхода потока из решетки d₁ (β₂) При малых скоростях пара на входе в решетку и толстой закругленной входной кромке профилей угол натекания потока d₂ (β₁) не влияет на значение этих характеристик. Для конкретного профиля они зависят только от шага и угла установки:

(3.1.5)

(3.1.6)

Зависимости (3.1.5) и (3.1.6) приводятся для каждого из рекомендованных профилей в виде графиков.

Профили активного типа - эти профили предназначены для pa6oты при относительно высоких скоростях пара на входе в решетку и используются в качестве профилей рабочих лопаток ступеней активного типа - как чисто активных, так и с некоторой реакцией.

В качестве основных аэродинамических характеристик профилей рассматриваются коэффициент профильных потерь ς_о и угол выхода потока β_2о. В отличие от профилей реактивного типа характеристики активных профилей в значительной степени зависят от направления потока на входе в решетку, определяемого углом β₁. Таким образом, для конкретного профиля характеристики ς_о и β_2о определяются следующими функциональными зависимостями:

(3.1.7)

(3.1.8)

Укажем на два фактора, позволяющие существенно упростить использование зависимостей (3.1.7) и (3.1.8) при проведении расчетов.

Во-первых, в небольшом диапазоне изменения углов установки ±(2÷3°) значение β_в практически не оказывает влияния на коэффициент потерь в решетке. В связи с этим зависимость (3.1.7), построенная для фиксированного значения угла β_в может приблизительно использоваться для некоторого диапазона углов β_в = ±(2÷3°). Таким образом, зависимость (3.1.7) упрощенно может быть представлена в виде

(3.1.9)

Во-вторых, направление потока на входе в решетку практически не оказывает влияния на выходной угол потока β_2о. Тогда зависимость (3.1.8) может быть записана в виде

(3.1.10)

При построении зависимостей (3.1.10) для каждого из активных профилей предполагается, что при развороте профиля на небольшой угол ±(2÷3°) выходной угол потока β_2о. изменяется соответственно изменению угла установки.