Потери в рабочем колесе

Все рассмотренные потери в сопловом аппарате характерны также для вращающегося рабочего колеса, но в нем дополнительно появляются потери от нестационарности потока, действия центробежных сил вследствие трения диска рабочего колеса о газ и утечки газа через радиальный зазор. Нестационарность вызывается измерением параметров газового потока при выходе из соплового аппарата и перемещением рабочих лопаток относительно сопловых. Нестационарные возмущения- газа связаны с потерями энергии.

Так как центробежные силы не полностью уравновешиваются переменными по высоте лопаток силами давления, то в межлопаточных каналах появляются радиальные вихревые течения, сопровождающиеся неизбежной потерей энергии.

Вследствие трения о поверхность вращающегося диска рабочего колеса, частицы газа получают вращательное движение и отбрасываются к периферии. Возникает циркуляция газа между диском и корпусом турбины (у поверхности корпуса газ движется к центру, а у поверхности колеса - к периферии); при этом теряется часть полезной энергии. При парциальном подводе газа к рабочему колесу возникают вентиляционные потери. У турбин с подводом газа по всей окружности вентиляционных потерь нет.

Перетекание газа через радиальный зазор и из одного канала в другой происходит под действием разности давлений по обе стороны рабочих лопаток. На рис. 5.2 а показана схема распределения потоков газа в рабочем колесе. Поток газа как бы разветвляется. Основное количество газа проходит через межлопаточные каналы, совершая работу; часть газа перетекает через радиальный зазор между периферией лопаток и поверхностью корпуса турбины, не участвуя в совершении полезной работы. Потери на утечки через радиальный зазор, при прочих одинаковых условиях, возрастают при увеличении отношения зазора к средней высоте рабочей лопатки . В случае адиабатного расширения газа без потерь относительная скорость газа на выходе из рабочих лопаток была бы равна .

Наличие потерь при реальном протекании газа через рабочее колесо приводит к уменьшению относительной скорости, теплоперепада и полезной работы (см. рис. 4.5). Уменьшение относительной скорости учитывается коэффициентом скорости.

Рис. 5.2

Располагаемая энергия одного килограмма газа по выходе из рабочего колеса составляет

Действительная энергия газа с учетом потерь будет меньше располагаемой и составит

.

Потери в рабочем колесе

(5.4)

где - разность теплоперепадов при адиабатном и действительном истечениях в рабочем колесе; - коэффициент потерь энергии в рабочем колесе (без учета потерь на утечки, вентиляцию и трение диска в газе); .

Суммарные потери энергии в рабочем колесе составляют 5 - 10% от располагаемой работы.

Из (5.4) следует, что относительные потери энергии в рабочем колесе, определяемые коэффициентом потерь , равны отношению величины к адиабатному теплоперепаду

Потери в рабочем колесе возрастают при увеличении относительной скорости газа на выходе из рабочего колеса. Потери возрастают также с увеличением степени реактивности и с уменьшением окружной скорости рабочего колеса (числа оборотов).