Принцип действия и классификация турбинных ступеней., страница 18

Выше упоминалось, что при постановке экспериментальных иссле­дований практически невозможно выдержать все условия подобия одновременно. Поэтому на практике широко используются понятия:

.

Применительно к турбинной ступени автомодельность - незави­симость явлений, происходящих в ней, и характеристик ступени от ка­кого-либо определяющего критерия в заданных пределах изменения его значения. Частным случаем автомодельности является практическая не­зависимость КПД ступени от числа Re при . Для различных турбинных ступеней началу области автомодельности соот­ветствуют разные числа Re. В значительной мере это связано с различной относительной величиной бугорков шероховатости на повер­хностях сопловых и рабочих лопаток. Явление автомодельности по числу Re в турбинной ступени в известной мере аналогично этому яв­лению при турбулентном течении в шероховатых трубах. В области гидродинамически гладких труб зависимость коэффициента сопротив­ления труб является автомодельной по относительной высоте бугорков шероховатости, но от числа Rе коэффициент сопротивления в этой области не зависит. В области развитой шероховатости, наоборот, упомянутая зависимость автомодельна по Re и не автомодельна по отноcительной высоте бугорков шероховатости .

Частичное гидродинамическое подобие - соблюдение подобия лишь по определяющему критерию и нарушение его по другим, влияние ко­торых незначительно. Так, например, при малых дозвуковых скоростях не выдерживают подобие по числу , то есть не учитывают сжимае­мость среды, но выдерживают величину числа Re (или сохраняют его находящимся в области автомодельности), моделируя таким образом влияние сил вязкости.

В заводской практике используется частичное геометрическое по­добие, при котором возможны небольшие отклонения от номинальных размеров отдельных второстепенных элементов ступени. Не нарушая ха­рактер явления в целом, это приводит к некоторым локальным измене­ниям рабочего процесса в ступени, которые могут быть учтены системой поправочных коэффициентов. В частности, в турбинной ступени практически невозможно выдержать микроподобие - подобие относитель­ной шероховатости. При малых числах Re автомодельность может наб­людаться даже при заметных шероховатостях. При больших числах Re , когда пограничный слой достаточно тонок, шероховатость учитывается системой специальных поправок.

При изготовлении турбин встречаются и нарушения миллиподобия -наличие небольших отклонений в конструкции отдельных деталей (от­сутствие подобия в перекрышах, местных очертаниях межлопаточных каналов, относительной толщине выходных кромок, величине открытых и закрытых зазоров и т.д.). Обычно влияние каждого из этих факто­ров может быть учтено введением специальных поправок, основанных на экспериментальных данных.

В отличие от нарушения геометрического микро- и миллиподобия отклонение от геометрического макроподобия допускать нельзя, поскольку подобие основных элементов турбинной ступени определяет ха­рактер рабочего процесса в ней. К основным элементам подобия, опре­деляющим макроподобие, относятся: подобие профилей рабочих и сопло­вых лопаток, шагов лопаток, их высот, относительной длины и шири­ны и т.д. Наличие макроподобия означает подобие в главном. При проектировании ступени наличие подобия в главном подразумевает по­добие важнейших геометрических размеров и оптимальный выбор в каждом случае элементов проточной части.

В качестве определяющих безразмерных характеристик ступени (даже при отсутствии подобия решеток и профилей) выбираются следу­ющие отношения:

; ; ; ,

где  - высота сопловых лопаток;

f  - площадь проходных сечений межлопаточных каналов;

        - угол выхода потока, в абсолютном движении.

Для осевой ступени отношение  оказывается равным единице.

При оптимальных параметрах рабочих и сопловых решеток соблю­дение перечисленных отношений, угла  и величин , Re,  позволяет ожидать, что спроектированная ступень будет иметь хоро­ший КПД.

8.6. Об определяющих критериях