Потери в сопловом аппарате.

Эти потери обусловлены трением частиц газа между собой, о поверхности лопаток и корпуса турбины, вихреобразованием и отрывом потока от поверхности лопаток. При течении газа по межлопаточным каналам у поверхности лопаток образуется пограничный слой. У самой поверхности лопаток скорость газа равна нулю; на внешней границе пограничного слоя скорость такая же, как у основного ядра потока. Таким образом, по сечению потока скорость газа неодинакова. Перемещение газовых струй с различной скоростью порождает потери на трение. Вдоль газового потока отмечается также значительная разность давлений, что может вызвать обратное течение газа, сопровождающееся вихреобразованием, а в некоторых случаях - отрывом потока от поверхности лопаток.

Рассмотренные потери при обтекании профиля лопаток называют профильными. Кроме того, различают концевые потери, вызванные трением в пограничном слое на концевых поверхностях лопаток, перетеканием газа с вогнутой стороны лопатки на выпуклую сторону через радиальный зазор между корпусом турбины и сопловым аппаратом и образованием вихревого кромочного следа при стекании газового потока с сопловых лопаток. Условная схема обтекания лопатки показана на рис. 5.1.

Рис. 5.1

Кроме рассмотренных потерь, в некоторых типах турбин, например авиационных, могут появляться также волновые потери. Как отмечалось, скорость газа неодинакова в различных участках поперечного сечения межлопаточного канала. На выпуклой стороне лопатки скорость потока имеет максимальную величину при минимальном значении давления. Даже если на выходе из лопаток скорость газа меньше критической, на выпуклой части профиля она может достичь сверхкритического значения, и тогда возможно появление скачков уплотнения (переход от сверхзвуковой скорости к дозвуковой) с местным повышением давления в этом районе. Затрату энергии на скачки уплотнения и принято назвать волновыми потерями.

Определение отдельных составляющих рассмотренных потерь в сопловом аппарате сложно, поэтому обычно ограничиваются их суммарным учетом. В результате потерь энергии действительная скорость газа на выходе из лопаток соплового аппарата меньше скорости при идеальном адиабатном истечении с_1ад. Уменьшение скорости учитывается при помощи, коэффициента скорости , представляющего собой отношение действительной скорости к скорости при адиабатном истечении с_1ад, т. е.

(5.1)

откуда с₁ = с_1ад.

Потери энергии в сопловом аппарате могут быть определены следующим образом. Располагаемая работа расширения одного килограмма газа в сопловом аппарате

Действительная работа расширения одного килограмма газа в сопловом аппарате с учетом всех потерь

Потери в сопловом аппарате

(5.2)

где - коэффициент потери энергии в сопловом аппарате.

Формулу (5.1) можно представить в другом виде:

где - разность теплоперепадов при адиабатном и действительном истечениях в сопловом аппарате (см. рис. 4.5 и рис. 4.6).

С учетом формул (3.3) и (5.1) действительная скорость истече­ния из соплового аппарата равна

(5.3)

где .

Потери энергии в сопловом аппарате составляют 3÷4% от располагаемой работы, т. е. .

Величину можно назвать к. п. д. соплового аппарата. Из формулы (5.2) следует, что абсолютная величина потерь энергии в сопловом аппарате пропорциональна скорости .

Относительные потери характеризуются коэффициентом