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 m₂=0;

r - степень реактивности ступени.

Окружной КПД ступени будет иметь выражение

. (1.7)

Для упрощенного случая m₂=0 можно записать

, (1.8)

где g_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 W₂>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 a₁. Существуют оптимальные значения a₁, диапазон которых лежит в границах 12¸25°.

Угол входа в колесо b₁ зависит от a₁,r,g_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 Sm, и осевой задний зазор Sз. 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 перекрытие 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.