Геометрические характеристики осевой турбиной ступени

Под турбинной ступенью, как отмечалось, понимается совокупность ряда неподвижных (сопловых или направляющих) лопаток и следующего за ним ряда подвижных (рабочих) лопаток.

Установленные в корпусе или диафрагме сопловые лопатки и рабочие лопатки, закрепленные в роторе, образуют кольцевые решетки турбинной ступени. Развертка на плоскость цилиндрических сечений (обычно по среднему диаметру) кольцевых решеток ступени дает плоские решетки профилей сопловых и рабочих лопаток. Продольный разрез, кольцевая решетка сопловых лопаток и плоские решетки профилей сопловых и рабочих лопаток осевой турбинной ступени показаны на рис.3.1.

Для оценки геометрических характеристик турбинной ступени вводятся следующие размеры и понятия:

1) высота (длина) лопатки 1- расстояние вдоль радиуса между корневым сечением и ее вершиной у выходной кромки;

2) средний диаметр d кольцевой решетки - диаметр окружности, проходящей через середину лопаток-,

3) средняя линия профиля - кривая, проходящая через центры окружностей, вписанных в контур профиля;

4) хорда профиля b- прямая, соединяющая концы средней линии;

5) ось решетки - линия, проведенная через одноименные точки профилей;

6) угол βв установки профиля - угол между хордой профиля и осью решетки;

7) ширина профиля В - осевой размер профиля лопатки;

8) шаг tрешетки - расстояние между одноименными точками соседних профилей, измеренная вдоль оси решетки;

9) ширина а канала в выходном сечении - наименьшее расстояние от выходной кромки до выпуклой поверхности (спинки соседней лопатки);

Рис.3.1 Геометрические характеристики турбинной ступени:

а - продольный разрез и кольцевая решетка сопловых лопаток:

б - плоские решетки профилей сопловых и рабочих лопаток;

в - профиль рабочей лопатки.

10) входной и выходной углы профиля (α_ол иα_1л - для сопловой решетки и β_1л и β_2л - для рабочей решетки) - углы между касательной к средней линии профиля у входной и выходной кромок и осью решетки.

Линейные размеры сопловых решеток соответственно обозначаются индексом "1", рабочих - индексом "2".

Входные и выходные углы могут быть постоянными или переменными по высоте лопатки. В первом случае лопатки называются цилиндрическими, во втором - винтовыми. В ступенях с цилиндрическими лопатками шаг решеток и ширина канала в выходном сечении увеличиваются от корня к вершине пропорциональна диаметру сечения. В случае винтовых лопаток ширина канала по высоте изменяется по более сложному закону с учетом изменения конфигурации самого профиля.

Аэродинамические исследования показывают, что потери энергии в каналах турбинных решеток в значительной мере зависят от характера натекания потока на лопатки. Для оценки характера натекания потока на лопатки вводится понятие угла атаки. Угол атакиi есть разность между входным углом β_1л и углом β₁ входа потока в канал.

.

Если β_1л>β₁, то угол атаки положительный; если β_1л < β₁- угол атаки отрицательный. При β_1л = β₁, обтекание лопатки условно называется "безударным". При таком обтекании лопаток потеря энергии в канале решетки минимальна.

На потери энергии в профиле оказывает влияние также угол изогнутости профиля , который определяется по формуле.

.

Угол изогнутости рабочих лопаток активной ступени больше, чем реактивной, поэтому потери в активной решетке больше, чем в реактивной.

К числу геометрических характеристик турбинной ступени, кроме абсолютных, относятся относительные размеры сопловых и рабочих решеток:

= t / b- относительный шаг решетки;

= l / b - относительная высота лопаток.

Относительные размеры решеток и другие являются критериями геометрического подобия решеток. Характер течения потока в межлопаточных каналах подобных решеток при равных параметрах на входе и выходе сохраняется примерно одинаковым.

По данным исследований течения потока в решетках, углы α₁ и β₂ выхода потока из сопловой и рабочей решеток независимо от абсолютных размеров лопаток достаточно близки по значениям так называемым эффективным углам α_1эф и β_2эф выхода, определяемым из выражении

.

Учитывая малое различие между действительными и эффективными углами, в дальнейшем будем принимать .