Маркировка турбинных решеток и их формирование

Турбинные решетки маркируются следующим образом: первыйуказатель (буква) определяет тип решетки (сопловая – С, рабочая - Р), второй (число) – угол входа потока в градусах (a₀ – для сопловой, b₁ – для рабочей), третий (число) – среднее значение эффективного угла выхода (a_1э - для сопловой, b_2э - для рабочей), последний (буква) – тип профиля (А, Б, В, Р). В зависимости от числа Маха М рекомендуются следующие типы профилей: А – дозвуковые при М<0,7…0,9; Б – околозвуковые при 0,9<М<1,15; В– сверхзвуковые при 1,15<М<1,3; Р– расширяющиеся при М>1,3.

Например, маркировка С-90-12А представляет сопловую решетку для реализации процессов расширения водяного пара при дозвуковых скоростях с углом входа в ее каналы a₀»90⁰ и эффективным углом выхода a_1э=12⁰, а Р-30-21Б – околозвуковую рабочую решетку с b₁=30⁰ и b_2э=21⁰.

Выбор профилей турбинных лопаток осуществляется по известным значениям кинематических, режимных и геометрических параметров, получаемых на основе расчетов проточной части ступени. Профили лопаток соответствующих решеток подбираются из атласов или нормалей, где приведены зависимости для определения коэффициентов потерь при различных условиях формирования каналов решеток. На рис. 6.8, в качестве примера, представлены характеристики профилей для сопловой и рабочей решеток, где коэффициенты потерь z¹ даны при фиксированных значениях чисел Маха, относительного шага установки лопаток в решетках и углов входа в них. Там же даны зависимости для определения углов установки лопаток в соответствующих решетках.

Например, для выбранного профиля С-90-12А (рис. 6.8,а) при заданном значении параметра b₁/l₁=3,0 коэффициент потерь z_с¹=9%. Поправка на расчетный уровень числа М_1t=0,4 (представленные зависимости получены в процессе экспериментальной отработки профиля при М_1t=0,5) k₁=1,12. Поправка на отклонение угла входа a₀ от значения a₀=90⁰ оценивается по зависимости k₂=f(a₀) (рис. 6.8,а). Для условий рассматриваемого примера принимается значение k₂=1. Поправка на отклонение относительного шаг решетки от оптимального значения оценивается по зависимости k₃=f ( ) (рис. 6.8,а). Например, для полученного в расчетах значения =0,70 поправочный коэффициент k₃=1,05. Эта зависимость дает возможность оценить оптимальное значение относительного шага турбинных лопаток в решетке ( ), при котором коэффициент профильных потерь z_пр имеет минимальное значение (при уменьшении возрастают кромочные потери). В итоге для выбранного профиля следует ожидать коэффициент потерь сопловой решетки z_с=k₁k₂k₃z_с¹=1,12×1,0×1,05×0,09=0,106, т.е. потери составляют 10,6%. Аналогично оцениваются и потери в рабочей решетке (рис. 6.8,б), сформированной из выбранного в атласе профиля рабочих лопаток. По выбранным значениям относительного шага и угла a_1э (b_2э) определяются углы установки a_у (b_у) соответствующих лопаток в решетках. Устанавливая один и тот же профиль под различными углами a_у (b_у), можно обеспечить углы выхода потока a₁ (b₂) с диапазоном отклонения от их номинальных значений ±(1-2)⁰.

Для окончательного формирования решетки необходимо определить число лопаток в ней (z₁ или z₂): по формуле z=pd/t. Здесь d – средний диаметр соответствующей решетки (или ступени, если средние диаметры сопловой и рабочей решеток совпадают); t=b - шаг расположения лопаток в решетке в сечении со средним ее диаметром. Значения z округляются до целого, а для сопловых решеток до целого четного значения. После этого корректируется шаг лопаток t по принятому значению z: t =pd/z.

Следует отметить, что при уменьшении шага t межлопаточный канал может стать на выходе расширяющимся и скорость дозвукового потока в выходной части канала уменьшается, что приводит к резкому росту профильных потерь. Обычно чем меньше значение угла a_1э для сопловой решетки, тем больше протяженность косого среза, в котором на спинке профиля из-за положительного градиента давлений существенно возрастает толщина пограничного слоя и формируется отрыв потока. В связи с этим при углах a_1э<8…10⁰ потери энергии в решетке растут. Поэтому решетки с a_1э<8⁰ практически не применяются, а наиболее широко представлены решетки с a_1э=12…18⁰.

Рис. 6.8,а. Зависимости для определения коэффициентов потерь в сопловой решетки С-90-12А

Рис. 6.8,б. Зависимости для определения коэффициентов потерь в рабочей решетке Р-30-21А

При необходимости уточняется значение коэффициента потерь решетки и вводят к ним дополнительные поправки, включая на изменение толщины выходной кромки лопаток, веерности решетки, чисел Re и М, а также шероховатости поверхности профиля. Влияние числа Маха на профильные потери начинает сказываться при М>0,4…0,6, когда проявляются эффекты сжимаемости пара.

На рис. 6.9 показано фото фрагмента рабочих решеток трех ступеней. Рабочие лопатки посредством хвостовиков установлены в соответствующих пазах дисков турбинных ступеней. На периферийном диаметре решеток лопатки объединяются бандажной лентой.

Рис. 6.9. Рабочие решетки турбинных ступеней