В случае движения тяжелого вязкого сжимаемого газа без фазовых переходов для полного гидродинамического подобия потоков должно соблюдаться равенство следующих чисел подобия:
(45)
Наличие подобия и рациональное использование перечисленных чисел подобия позволяет правильно ставить экспериментальные исследования турбинных ступеней, а также анализировать рабочий процесс, протекающий в них, и получаемые характеристики.
8.2. Связь особенностей рабочего процесса
в турбинной ступени с числами подобия
При сравнении характеристик различных турбинных ступеней они должны быть геометрически подобны для того, чтобы имели смысл числа подобия, отражающие подобие действующих сил.
Рабочий процесс в турбинной ступени осуществляется сжимаемой вязкой рабочей средой. По отношению к окружающей среде он является адиабатическим, по характеру протекания - периодическим.
Сжимаемость
среды влияет на величину упругих сил давления. Их подобие в турбинных ступенях
выполняется при равенстве чисел , характеризующих режим
работы ступени, и при равенстве показателей адиабаты k, характеризующих
свойства рабочей среды.
Вязкость
среды влияет на величину касательных напряжений. Их подобие соблюдается при
равенстве чисел Re. Учитывая турбулентный характер течения
в проточной части турбинной ступени, это условие следует дополнить равенством
степеней турбулентности . Адиабатичность
процесса в турбинной ступени по отношению к окружающей среде не исключает
внутреннего теплообмена между струйками и частицами рабочей среды в пределах
ступени. При прочих равных условиях для подобия внутреннего теплообмена в
различных ступенях должно выдерживаться подобие свойств рабочей среды, характеризуемое
равенством чисел Pr.
Периодические процессы по своей природе являются нестационарными. Для подобия сил инерции, связанных с нестационарностью процессов течения рабочей среды, необходимо равенство чисел Sh сравниваемых ступеней.
В паровых и газовых турбинах влияние сил тяжести на течение рабочей среды весьма мало и поэтому обычно не учитывается.
Система (45) чисел подобия достаточна для однофазных сред. В последних ступенях турбин ТЭС и АЭС работу совершает двухфазная среда - влажный водяной пар. Термодинамические свойства влажного пара можно характеризовать степенью сухости «X». Однако при этом влияние влажности в ступени как бы осредняется, и с точки зрения параметра «X» течение в ней оказывается одномерным. Опыт показывает, что распределение во влажном паре капель по размерам (дисперсность среды) существенно различно в различных частях турбинной ступени и весьма сильно влияет на ее работу. Поэтому «одномерный» учет влажности посредством использования только степени сухости «X» не является перспективным.
8.3. Внешние и внутренние характеристики
турбинной ступени
Внешними характеристиками турбинной ступени являются:
N - мощность, развиваемая
ступенью (,
- соответственно:
- теоретическая мощность ступени,
развиваемая в изоэнтропическом процессе расширения рабочего тела и при идеально
уплотненной ступени (без учета протечек);
- мощность на лопатках ступени,
развиваемая в действительном процессе расширения рабочего тела и при идеально
уплотненной ступени (без учета протечек.);
- расход рабочего тела через ступень;
- крутящий момент на роторе ступени.
К внутренним характеристикам относятся любые величины, характеризующие процессы внутри проточной части ступени. Обычно и внешние и внутренние характеристики ступени представляют в безразмерном виде.
Важными внешними характеристиками ступени являются:
- коэффициент полезного действия ступени (КПД);
- коэффициент расхода ступени.
В
последнем выражении подстрочные индексы и m относятся
соответственно к действительному (
) и теоретическому (
) процессам в ступени.
Теоретический
расход рабочего вещества через ступень определяется
как расход при изоэнтропическом истечении через отверстие с площадью, равной
площади узких сечений сопл диафрагмы; при этом давление за отверстием
и параметры торможения перед ним те же,
что и при действительном процессе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.