ЛОПАТОЧНАЯ РЕШЕТКА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, а именно к лопаточным (сопловым или рабочим) решеткам турбомашины, и предназначена для использования в проточной части осевых турбин.
Известна лопаточная решетка турбомашины (Авторское свидетельство SU №299658, МПК F01D 1/04, 1971 г.), содержащая ограничивающие лопатки концевые поверхности, на которых вдоль межлопаточных каналов выполнены профилированные канавки.
Недостатком указанной решетки является появление вихревого течения в проточной части на концах лопаток из-за перетекания рабочей среды с области высокого давления профиля лопатки (с вогнутой части - корытца) на область низкого давления (на выпуклую часть - спинку). Это течение, взаимодействуя с основным потоком, образует в каждом канале кольцевой решетки турбинной ступени два вихревых шнура, получивших название парного вихря.
Известна лопаточная решетка осевой турбомашины (Авторское свидетельство SU №1295838, МПК F01D 5/14, 2006 г.), принятая за прототип, содержащая расположенные между наружной и внутренней обечайками лопатки и размещенные между последними на внутренней стороне наружной и (или) на внешней стороне внутренней обечаек укороченные лопатки со скругленными входными кромками, выполненные с переменной высотой, увеличивающейся от входа к выходу решетки, торец каждой укороченной лопатки скруглен по форме ее входной кромки.
Недостатком указанной решетки является, то, что наличие дополнительных профилированных укороченных лопаток ведет к увеличению потерь на трение не только в пограничном слое течения, но и ядре потока в рабочей решетке, и, как следствие, к росту профильных потерь в решетке. Кроме того, установка указанных лопаток заметно уменьшает площадь сечения канала лопаточной решетки.
Техническим результатом заявляемого технического решения является уменьшение влияния парных вихрей, снижение потерь.
Технический результат достигается тем, что в лопаточной решетке осевой турбомашины с ограничивающими концевыми поверхностями на этих ограничивающих концевых поверхностях по средней линии межлопаточных каналов установлены клиновидные ребра, высота которых определяется соотношением
,
где h - текущая высота ребра по направлению от входа к выходу решетки, L - текущая длина ребра по направлению от входа к выходу решетки, Re - число Рейнольдса, рассчитанное в горле канала решетки, а толщина ребер выбирается в пределах 1,5÷2 мм.
На фиг. 1 представлен фрагмент лопаточной решетки осевой турбомашины, на фиг. 2 приведены результаты определения коэффициентов потерь по высоте лопаточной решетки.
Лопаточная решетка осевой турбомашины содержит лопатки 1 и ограничивающие их концевые поверхности 2, на ограничивающих концевых поверхностях 2 по средней линии межлопаточных каналов установлены клиновидные ребра 3. Высота ребер 3 определяется соотношением
,
где h - текущая высота ребра по направлению от входа к выходу решетки, L - текущая длина ребра по направлению от входа к выходу решетки, Re - число Рейнольдса, рассчитанное в горле канала решетки. Толщина ребер выбирается в пределах 1,5÷2 мм. Ребра 3 разделяют межлопаточные каналы по средней линии. Высота ребер 3 изменяется соразмерно толщине пограничного слоя, а использование ребер 3 толщиной в пределах 1,5÷2 мм позволяет сократить поверхность трения для ядра основного потока и в меньшей степени снижает сечение для потока рабочей среды.
При прохождении потока рабочей среды по криволинейному межлопаточному каналу турбинной решетки под действием центробежных сил возникает градиент давления между вогнутой и выпуклой частями лопаток 1; вблизи поверхностей лопаток 1 и ограничивающих концевых поверхностей 2 возникает пограничный слой, где скорость изменяется от скорости ядра потока до нуля. В результате неравенства сил (центробежных и сил давления), действующих на частицы рабочей среды в пограничном слое у ограничивающих концевых поверхностей 2, возникает поперечное движение от области вогнутой части одной лопатки к выпуклой части другой (соседней) лопатки (Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: Учеб. для вузов в 2 кн. Кн l.-6-e изд., перераб, доп. и подгот. к печати Б.М. Трояновским. – М.: Энергоатомиздат, 1993. - С. 135-138). Данное вторичное течение встречает сопротивление в виде клиновидного ребра 3, которое ввиду малой толщины не оказывает тормозящего действия на ядро потока. Основное течение взаимодействует по свободному ребру 3 со вторичным течением, увлекая за собой частицы рабочей среды из пограничного слоя. Тем самым нарушается дальнейшее поперечное вторичное течение и возникновение парных вихрей. Ликвидация парных вихрей ведет к снижению потерь в лопаточной решетке.
Проведенные аэродинамические испытания на плоском пакете турбинной решетки, образованной профилями С-9012А (Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. Атлас профилей решеток осевых турбин. - М.: Машиностроение, 1965. - С. 45-46.) с относительной длиной 1/b=2,5 (1 - длина лопатки, b - хорда профиля), показывают, что при использовании заявляемой лопаточной решетки коэффициент потерь снижается на 1%, а траверсирование потока с последующим определением локальных коэффициентов потерь фиг. 2 (кривая а - распределение локальных коэффициентов потерь по высоте решетки для стандартной решетки; кривая b - распределение локальных коэффициентов потерь по высоте решетки для заявляемой решетки), не выявило характерных увеличений потерь, вызванных течениями парных вихрей.
Таким образом, применение заявляемой лопаточной решетки позволяет стабилизировать течение рабочей среды, ликвидировать появление вторичных парных вихрей и снизить уровень потерь в осевых ступенях турбомашины.