автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Совершенствование регулирующих клапанов паровых турбин в трансзвуковой области течения

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ИНСТИТУТ (Технический университет)

На ярапах рукописи

.ТОНОВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

совершенствование регулирующих клапанов паролях •турбин в трансзвуковой области течения.

Специальность оь. 01.12. Турб машины н турОоустйносК'.

Автореферат диссертации на соисканий ученой стеисш кандидата технических наук

Москва 1994 г,

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Московского энергетического института. .

Научный руководитель: доктор технических наук - профессор Зарянкиин А. Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор £мин О.Н. кандидат технических наук Ржезников ».В.

Ведущая организация: . АО Калужский турбинный завод.

Защита состоится "di" марта 1994 г. ъ'Ц час. 00 мин. в аудитории Б-409 на заседании специализированного Совета К-053.16.05 Московского энергетического института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 105835 ГСП, Москва, Е-250. Красноказарменная ул. д.14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭЙ. •

Автореферат разосл^ч " $ " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета к.т.н., с.н.с.

А. И. Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность работы. В связи с ростом единичных мощностей ■ энергетических турбоустаяовак резко возросли требования к их экономичности и надежности. Особенно остро проблема надежности возникает при трансзвуковых режимах течения в регулирующих клапанах мощных паровых турбин. Как показывает эксплуатация таких клапанов на трансзвуковых режимах , имеется склонность к неустойчивой их работе . повышенной вибрации и акустическому шуму. Кроме того совместная работа системы клапан - сопловая решетка первой ступени. а также аналогичных им систем с двумя равными или близкими узкими сечениями при сверхкритических перепадах давления , ведет к неустойчивости и неопределенности положения критического сечения . В таких системах возможно возникновение автоколебаний связанных с перемещением критического сечения из одного узкого сечения в другое. Эти колебаниия могут приводить к вибрации элементов конструкции и вызвать их поломку , создав аварийную ситуации.

В связи с изложенным , несомненна актуальность работы, посвященной вопросам исследования трансзвуковых течений в регулирующих клапанах, и в каналах с двумя близкими узкими сечениями, получению их аэродинамических, силовых и вибрационных характеристик . математическому моделированию течения в указанных каналах . а также разработке новых регулирующих клапанов . удовлетворяющих требованиям надежности и экономичности.

Цель диссертационной работа:

1. Обзор и анализ экспериментальных и теоретических исследований трансзвуковых течений в каналах различной конфигурации. Обзор и анализ методик моделирования трансзвуковых течений на ЭВМ.

2. Разработка алгоритмов и их программная реализация для расчетов дозвуковых и трансзвуковых течений сжимаемой жидкости в клапанных каналах , а также в каналах с двумя узкими сечениями.

3. Комплексные экспериментальные исследования аэродинамических, силовых, расходных и вибрационных характеристик существующих и вновь созданных клапанов при свободном выхлопе и выхлопе на добавочное сопротивление (второе узкое сечение), при дозвуковых и трансзвуковых режимах течения.

' 4. Исследования оптическим методом картины трансзвуковых течений в канале с двумя узкими сечениями, а также математическое моделирование таких течений на ЭВМ.

5. Создание на основе проведенных исследований оптимизиро-

- А -

ванной к унифицированной формы клапанного канала.

6. Разработка методики построения унифицированного клапанного канала.

7, Исследование влияния различного рола выточек и проточек на чайке унифицированного клапана на силовые, ■ расходные и вибрационное характеристики клапана.

Научная новизна работа заключается в следующем: ' - дано объяснение известному из эксплуатации турбин факту повышенной вибрации клапанов а зоне подъемов клапана , - при которых происходит выравнивание площади клапанного канала и проходной площади сопловой реветки первой ступени;

- созданы программы расчета дозвуковых и трансзвуковых течений в каналах сложной формы, в том числе с двумя узкими сечениями , позволявшие моделировать течение в таких каналах;

- проведено комплексное экспериментальное исследование су-ществукщих и новых клапаноз при наличии на выхлопе клапанного диффузора зторого узкого сечения на трансзвуковых режимах;

- проведено сравнение данных , полученных ка оптическом стенде и данных полученных' при математическом моделировании трансзвуковых течений в канале с двумя узкими сечениями.

- предложена и внедрена универсальная форма клапанного канала и методика его построения , позволяющая проектировать клапана любых типоразмеров;

- экспериментально исследовано влияние кольцевых проточек на чашке ка его характеристики;

- разработана методика расчета расходных характеристик , позволяющая по двум базовым точкам восстанавливать .всю характеристику .

Степень.достоверности и обоснованности результатов. Основные научные положения , изложенные в работе, подтверждены большим количеством экспериментальных-данных. Оценка погрешности измерений, методика экспериментальных исследований , тщательная тарировка измерительных средств обеспечивают достоверность опытного материала, с большой степенью точности совпадают с данными натурных испытаний. Имеется хорошее совпадение экспериментальных данных и данных полученных при математическом моделировании.

Разработанные на основании Проведенных исследований конструкции регулирующих клапаноЕ, установленные на ряде турбин, отвечают современным требованиям эканомпчности и надежности.

- О -

Внедрение.

Разработанные(программы расчетов используются в учебном процессе в Московском Энергетическом институте и Калужском Филиале Московского Высшего Технического университета при курсовом . дипломном проектировании и научно-исследовательской работе.

Практическая ценность rp.Sc.Ti:. Результата, полученные з работе , могут быть использованы при проектировании и модернизации систем парораспределения турбоустаковок. Документация, разработанная на основе анализа полученных результатов, может бить передана на заводы и электростанции страны.

Личика вклад автора. Конкретное личное участие актора выразилось в:

1. Проведении обзора литературы и анализе опубликованных данных. ~

2. Создании установки для оптического исследования течения в канале с двумя узкими сечениями, а также модернизация установки испытания клапанов для случая с двумя горлами.

3. Проведении экспериментальных исследования на плоской и осесимметричной модели.

4.. Разработке алгоритмов, программировании и расчете до- и трансзвуковых течений в клапанных каналах и каналах с двумя узкими сечениями.

5. Разработке методики пае ..оенпя универсального клапанного канала.

6. .Анализе результатов исследований.

силовых, вибрационных и аэродинамических характеристик неразгруженного и разгруженного регулирующих клапанов при свободном выхлопе и выхлопе на дабавочнее сопротивление; зависимость работы таких конструкций от геометрических и режимных параметров: методику расчета расходных характеристик клапанов но двум базовым точкам; алгоритмы, программную их реализации и расчеты до- и трансзвуковых течений; результата экспериментальных исследований оптическим методом трансзвуковых течении в каналах с двумя узкими сечениями; меры , о'чшспнмвадо повышение надежности конструкции; методику расчета и построения универсального клапанного канала.

Апробация-работы: Основные результаты диссертационной работа докладывались на ;

1, Газодинамическом семинаре каФедрн паровых и газовых тур-

результаты экспериментального исследования

бин КЗЙ. М., МЭИ, ноябрь 1993 Г.

2. Заседании кафедры паровых и газовых турбин. К., МЭИ, декабрь 1933 г.

3. Газодинамическом семинаре в г. Гданьск (Польша), посвященному совершенствованию регулирующих клапанов, 1992 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубли- ' кована научная статья, подана заявка на изобретение, на которую получено положительное реиение.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии . включающей 72 наименования, изложена на 102 страницах машинописного текста, иллюстрируется 83 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении рассмотрена актуальность проблемы трансзвуковых течений в элементах турбомашин , сложность формы поверхности перехода к сверхзвуковым скоростям, особенно в каналах с двумя близкими или разными узкими сечениями.

В первой глазе представлен обзор работ, посвященных экспериментальным и теоретическим исследованиям трансзвуковых течений , а также обзор методик моделирования трансзвуковых течений при расчетах «а ЭВМ. Анализ литературы показал, что нельзя строго оценить величину критического противодавления при которой происходит переход к сверхзвуковым скоростям. Известные значения (для воздуха £кр =-- 0.528 и для пара екр = 0.546) являются верхней границей критического противодавления и реализуются только при абсолютно равномерном выходном ;оле скоростей. При неравномерном профиле .скорости отсутствует одновременный переход через скорость звука . и сплошная поверхность перехода формируется в некотором -диапазоне перепадов давления на канал.

Так-как математическое описание трансзвуковых течений чрезвычайно затруднительно из-за принципиального различного вида (глиптического и гиперболического) систем ди^ зренциальных уравнений для до- и сверхзвуковых областей потока, ' а также из-за того, что заранее не известно расположение этих областей; точное аналитическое решение трансззукоаых задач даже с простыми граничными условиями получить не удается.

С появлением ЭЕИ трансзвуковые задачи довольно успешно решаются численными методами. Обзор и анализ этих методов показал.

что в настоящее Бремя наиболее перспективными для решения таких задач являются методы сквозного счета , применяемые совместно с методами установления.

Проблема трансзвуковых течений , применительно к задачам внутренней газодинамики, имеет еще один важный аспект. В ряде устройств имеется последовательное ускорение и торможение потока при наличии двух равных или близких узких сечений. Например, при регулировании расхода пара в турбине . наступает момент, когда проходная площадь клапанного канала регулирующего клапана становится Слизкой или равной площади горлоЕых сечений сспловой решетки на которую этот клапан работает. При сверхкритическом перепаде давления на такую систему . неизбежен переход критического сечения из одного узкого в другое, что резко изменит картину течения и , возможно, будет сопровождаться автоколебательными явлениями.

В такой постановке проблема перехода через скорость звука б литературе- практически не рассматривалась .

На основе анализа литературы сформулированы задачи исследования.

Во второй главе дано описание экспериментальных стендов для исследования, методики проведения экспериментов и обработки опытных даннных, представлены объекты исследования. Эксперименты проводились на паровых и газовсзду^ном стендах кафедры ЛГТ МЭИ. Были исследованы осесимметричные и плоские модели клапана с соплом на выхлопе. В случае с осесимметричными моделям!: исследовались разгруженный и неразгруненный вариант клапана.

Установки позволяли исследовать модели г ■ широком диапазоне перепадов давления с2 = Рг/Р0 = 0.3 + 1.0 и числах Re = (4 + 9>-Ю5. В процессе экспериментов определялись: полное начальное давление Р0 и температура Т0 , полное давление за диффузором Рд (перед соплом), величина противодавления Рг . расход пара G. величина подьема клапана h , значение статических усилий Q на штоке клапана и уровень его вибрации V. Тарировка системы измерения усилий и вибрации . состоящая из блока датчиков , тензостанции . светолучевого осцилографг и цифрового вольтметра , проводилась до и после каждого эксперимента.

Методика испытаний и обработки опытных данных предусматривала возможность получения безразмерных характеристик. Так расходные характеристики получались в виде зависимости приведенного удельного расхода q - G/G,г (здесь G.r - теоретический критический расход через горло клапанного диффузора) от перепада давления

на канал Ег и относительного подъема клапана Ь - Ь/0Г . где Бг-диаметр горла диффузора. Силовые характеристики пред -ставлялись в виде зависимости безразмерного усилия 5 - (0.-Г„(Ро-В) )/(Р„осР0-Рм (Р0-В)) от с2 и Б , здесь В - барометрическое давление. Ги - площадь поперечного сечения штока. Рпос" яОгП!)С/4 . где Спс с - посадочный диаметр клапана. Вибрационные характеристики получалисГ;в виде осциллограмм и зависимостей безразмерной осредненной амплитуды вибрации V » У/(ГПОСР0) от €г и Ь. На газовоздушном стенде были получены распределения статического давления по образующей канала.

Для визуального наблюдения и фотографирования картины течения в плоской модели клапанного канала с двумя узкими сечениями использовался оптический прибор с зеркально-менисковой системой.

Для построения расходных характеристик предложена методика основанная на экспериментальном определении только максимального расхода Стах через канал и противодавления е., соответствующего этому расходу:

'-г-/(':(гггг) Нт

где й. - критический расход через характерное сечение (горло диффузора). Для более точного определения величины е.. , в дозвуковой области может быть экспериментально определена еще одна базовая точка (С и ьг), тогда уточненное значение критического противодавления:

£.. - г2 - (1- е

где 1'., - предыдущее значение критического перепада давления.

Таким образом применение полученной универсальной расходной характеристики в экспериментальных исследованиях значительно упрощает и ускоряет, при достаточной точност". построение расходных характеристик любых каналов.

В третьей главе представлены методики , алгоритмы и программная реализация расчетов течений во всем диапазоне скоростей, характерных для регулирующих органов.

Приведена методика расчета дозвукового потока сжимаемой жидкости в осесикметри'1ном канале , основанная на известном методе

Самойловича-Шерстюка. Модернизация этого метода позволила полностью автоматизировать процесс расчета - от построеьм эквипо-тенциалей и задания координат обводов несколькими точками (с последующей их сплайн-интерполяцией) , до оперативной коррекции формы канала и параметров течения. Программа, основанная на этом методе. удобна для быстрых предварительных расчетов полей скоростей и давлений в каналах с плавными обводами, -а также для получения начального приближения картины течения при расчетах по более сложным программам , типа описанной ниже программы MAIN.

Написанная автором программа MAIN позволяет рассчитывать как до- . так и транс- и сверхзвуковые течения в.каналах со сложной формой образующих. Она основана на одном из сеточных методов установления - методе крупных частиц. Программа дает устойчивый сквозной счет. Основная идея метода заключается в расщеплении по физическим процессам исходной нестационарной системы уравнений Эйлера, записанных в форме законов сохранения: 5р

-- + dlv(p-C) « О St

бри 59

— + dlv(p-u-C) + — =• О 5t бх .

6pv 5Р

— + dlv(pv-C) + — - О 6t 5у

5рЕ

¡Г

+ dlv(p-E-C) + dlv(P-C) - О

Среда представляется как система из жидких (крупных) частиц, совпадающих в данный момент времени с ячейками неподвижной . прямоугольной расчетной сетки. Если имеется стационарное решение задачи. оно получается в результате установления во времени нестационарного процесса . Расчет каждого шага по времени разбивается на три этапа. На первом этапе "замораживаем" расчетные ячейки и считаем их "крупными частицами", которые движутся под действием сил давления, действующих на их грани. Следующие два основные этапа расчета обьеден :ы программно в один блок, что позволяет делать расчеты для каждой ячейки по ним одновременно . используя для расчета промежуточные значения параметров потока , полученные на первом этапе. При этом на втором этапе проводится расчет потоков массы пересекающих все грани каждой ячейки, а также определяется в"~кает или вытекает газ через каждую грань. На последнем

Ход вгока

Рис. -I. Модель клапана с соплом на выхлопе.

этапе . используя данные полученные на двух предыдущих этапах , рассчитываем окончательные параметры в ячейках используя з5:-с"ч сохранения массы, кмпульса и энергии.

В данном круге задач (трансзвуковые внутренние течения з каналах сложного профиля) использовались конечно-разностные урагне-*ния первого порядка точности, что обеспечивало устойч;:вь;Г; счет. Вязкостные члены в уравнения не вводились, так-как для рассчитываемых задач при Ее * 105+106 эСфектк молекулярной вязкое;",', практически не заметны б расчетах, из-за большой апрокснмацисчнок вязкости разностной схемы. Критерием установления картины течения, а также одновременно проверкой получаемых результатов служил расчет массового расхода газа для ряда сечений от входа к Еьхсду. Расчет считался законченным когда расход совпадал для всех сочинив с точностью 5 % , что в данных задачах при сложной конфигурации какала и трансзвуковых скоростях достигалось за 2С00 + 6300 итераций.

? четвертой главе рассматривается результаты экспериментального и математического исследования течения в регулирующих клапанах при свободном выхлопе и выхлопе на добавочное сопротивление в виде сопла при дозвуковых и трансзвуковых реккмах. Эксперименты на осесимметричной модели разгруженного клапана, схема которой показана на Рис Л (соотнопение площадей Рс/гг,= 2.56 ; неразгруженный вариант клапана получался п^тям закрытия системы разгрузи;; специальной заглушкой) показали . что характеристики собственно клапана сильно зависят от наличия сопла на выхлопе. При всех подъемах й , пока площадь кольцевой щели клапана больше плсдади сопла , расходные характеристики ложатся ка одну кривую. Только при Гкл < Г0 клапан соб-.. „енно и начинает регулировать-расход пара. Статические усилия на штоке клапана принципиально подобны для модели с соплом и без сопла, однако их вибрационные характеристики сильно отличаются. Так, при относительном подьеме клапана

0.091 (равные площади Гкл » ?с), в модели с соплом на выхлопе обнаружено возникновение вибрации частотой а 18 Гц . преио-дулировакной более низкой частотой хг =0.5 Гц. ' ' Возникновение этой вибрации сопровождается повышением акустического шума и ростом потерь полного давления в канале. Эффект ярче выражен в_ модели с разгруженным клапаном, видимо из-за тоге, что статическое усилие на его штоке при данных режимах практически равно нулю, и чашка клапана более восприимчива к вибрации.

Однако не' всегда течение в канале с двумя близкими узки?.:;:

Рис. 2

сечениями сопровождается автоколебаниями. Визуальные наблюдения и фотографирывание (Рис.2) картины течения , проводившиеся ка плоской модели клапана с регулируемым соплом на выхлопе , позвал:!.:;-: наблюдать плавный переход критического сечения из одного узк-Зго сечения к другому. При равенстве площадей (или когда ?кл > Fc) . хорошо видна волновая структура потока за критическим з данном случае выходным сечением сопла (Рис.2а). В узком сечении клапанного канала при этом кет сверхзвуковых скоростей. При небольшом (около 0.2 * 0.5 мм) приоткрытая выходного сопла от режима с равными площадями на образующей седла клапана в районе узкого сечения наблюдается возникновение местной сверхзвуковой зоны (Рис.26), которая при дальнейшем открытии сопла на выходе (Рис.2в) вытягивается в направлении к чашке'клапана и замыкается на нее.

Полученные опытные данные хорошо совпали с результатами ма-тематичского моделирования процесса течения в таком канале с помощью описанной выше программы.MAIN. Полученные в расчетах расположение и конфигурация местных сверхзвуковых зон и линий перехода на сверхзвук с большой точностью совпали с экспериментом.

Было проведено математическое моделирование течения и в кла- • п'анном- канале при свободном "выхлопе из диффузора. При перепаде давления на канал е2 =0.9 (Рис.За) течение во всем канале дозвуковое. Возникновение местной сверхзвуковой зоны начинается на выпуклой стороне седла клапана в районе посадочной линии клапана при перепаде давления на канал ег =0.8 (Рис. З.б). Эта гона своеобразным "языком" вытягивается в направления к чашке клапана с увеличением противодавления вплоть до ег. « 0.546 (Рис. з.в). Дальнейшее увеличение противодавления уже никак не сказывается на картине течения в суживающейся части клапана и форме звуковой ли- ■ нии А-С. Расход также достигает критического значения и дальше не меняется. "Начало" звуковой линии (точка А на Рис.36) остается при этом неподвижным,■ увеличивается только протяженность сверхзвуковой зоны по образующей седла. На диффузорной части образующей седла формируется зона инерционного отрыва потока , которая с ростом перепада давления распространяется вверх по потоку в направлении к точке В ("конец" звуковой линии на Рис.За) . а также увеличивается по ширине. Обтекание чашки клапана при этих режимах принципиально не' меняется . с ростсм перепада давления сильно увеличивается неравномерность поля скоростей на выходе из д;:$Фу-зора. Дальнейшее увеличение противодавления , даже на.небольшую

г)

Д) е)

Рис. 3. Результаты математического моделирования течения в -глоданном к.и'але.

величину, приводит к заметному изменению картины обтекания чажи клапана . Значительная часть образующей чавки обтекается у:;:? сверхзвуковым потоком. На большой длине вогнутой части образуют чашки поток теперь разгоняется , а не тормозиться. За зб;ч. бой линией В-Д в районе точки В возникает скачек уплотнения . В ядре потока . рядом с осью симметрии, за вихревой зоной от среза часки образуется местная сверхзвуковая зона. • При дальнейшем увеличении противодавления до е2 « 0.25 (Рис.Зг) происходит интенсивный реет сверхзвуковой зоны в ядре потока . Звукозая линия В-Д перемещается вниз по потоку , причем прогиб ее в средней части увеличивается. При достижении противодавления ег =0.2 происходит смыкание сверхзвуковых зон узкой части какала к ядра потока . Точка Е становится точкой возмущения в сверхзвуксзс.ч потоке. Кроме того она разделяет область сверхзвукового течения в ядре потока н обл-лсть с дозвуковыми скоростями в вихревом следе за срезом чашки. В этой точке образуется слабый косой скачек уплотнения, №жа::щ;:йся с ранее образовавшимся криволинейным скачком с основанием в точке 3.

В пятой главе проведена оптимизация и унификация чашек клапана мощных паровых турбин, а также предложена методика построения клапанного канала.

На Рис.4 представлены результата расчетов распределения скоростей по чашкам некоторых промышленных клапанов. Все клапана считались на номинальный расход пара. Анализ г-ннкх графиков показывает, что ряд клапанов имеет : а) короткий "разгонный" участок на выпуклой части чашки с большим градиентом скорости и относительно стабильными скоростями на остальной части чашки; б) продолжительный "разгонный" участок . вплоть до конца чайки . Для первых . повидимому . характерна склонность к отрыву потока в области с большими градиентами давления , а для вторых характерна' большая длина образующей чашки, что ведет (при неизбежной окружной неравномерности распределения давления , особенно при малых подъемах) к повышенным динамическим нагрузкам на чашку , и соответственно на шток клапана. Оптимальный вариант образующей чашки находится , по-видимиму посредине .

- Основываясь на приведенном анализе .• был разработан новый унифицированный профиль клапана . Методом последовательных приближений при решении прямой задачи, была подобрана такая форма чашки клапана,- чтобы распределение скоростей по ней было плавным .и соответствовало приведенному на Рис.4 пунктирной линией. Профиль полученной чашкк хорошо описывается полиномом нечеткой сте-

С.5 0.4 •

0.1 т-

1 1 -

s -t 3 1/ —■т— / ! \

■ ГГГГПГГП г

§ #1' Vf 1/Т IIJ U < .* f. Ç* I.V.г \

1

3 3 ! I 7»ТТГП П I " г "II ггп -тттт -rrrr тпт тпт 1111

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.3 1.0

. Гсгтг''H'/f; (;KCfO'.'"Tr чо

■ ^/'Г'^'С—для кдяпгшо.ч.

>" i titrer истик»; кллппип с ГА 'клми ли urjji't^ (пунктир -

пени не ниже пятой . Особенно хсроке результаты дает задание профиля полиноме;.; седьмой степени. Для других типоразмеров клапз -нов данный профиль легко пересчитываете« по списанной в работе методике. Клапан с увифадаровзкнк« профилем имеет хорелиэ ря ные характеристики. Силоеьз характеристики ;та:фхцг?звакногс ¡-лапана стабильны при относительных открытиях Н = 0. С5 + 20 и перепадах давления е2 » 0.8 +■ 1.0 , что говорит о стабильном характере течения по образующей чаикк на этих режимах. Ни на одном из исследованных режимов не было обнаружено сколько-нибудь значительного увеличения уровня вибрации . Работа такого укнепцировон-ного клапана сопровождается небольшим ааустачеоких- гумем.

В данной работе.кседедозалесь влияние разного реда выточек и проточек на чалке клапана на его расходные , силовые и вибрационные характеристики. Исследовалось влияние конусообразной выточки з донной части чажи . кольцевых проточек на боковой поверхности чашки и их комбинации на характер течения. Идея применения конусообразной выточки заключается в следующем. Неизбежный срыв потока с торцевой поверхности часка ухудшает динамику течения к силового воздействия на чажу. Введение конусообразной выточки исключает прямой контакт потока со стенкой в этом месте, ойьем газа заключенный в конусе , кроме того, является своеобразным демпфером снижающим динамическую нагрузку на торцевую часть чакки. Расходные и силовые характеристики в этом случае практически совпадают с экспериментами без проточек на чаю:«, обзкй уровень вибрации в клапане с конусообразной выточкой несколько кике. Ке было отмечено и резкого возрастания амплитуды вибрация ни на одном из исследованных реки.мов.

Идея применения кольцевых проточек заключается в следующем. Во-перзых. в проточках происходит выравнивание давления по диаметру чашки , так как есть возможность перетекания в полости к.а-гавки без нарушения осковнсго течения. Ка практике всегда имеется «равномерность полей давления и скорости по окружности . что ве-1ет к возникновения нестационарных радиальных нагрузок на чайку и вибрации штока клапана. Во-вторых, проточки беруирув? одинаковую :ля всех подьемов клапана картину отрыва пограничного слоя . что (олкно вести к общей стабилизации силовых и зибрациенных характе-1истик . Взедзние проточек в конструкцию чашки привело к группи-'ованию всех силовых характеристик возле некоторого среднего зна-ения Рис 5. Здесь мы имеем практически прямопропорциональнуэ за-исимость усилия на ¿ток для всех подьемов клапана при изменении

протиьодавлення на канал ег от 0.65 до 1. Введение перфорации из конусообразной выточки в нижнюю проточку на чашке привело к еще большей стабилизации силовых характеристик.

На расходные характеристики применение выточки практически не сказалось . На полном открытии клапана при й » 0.3 характеристики вообще совпадают.

' Таким образом введение выточек на чашке клапана обеспечивает' уменьшение вибрации клапана на всех режимах его работы . а также стабилизацию его силовых характеристик. - •1 .

Выводы по работе. ■

1. В результате проведенных исследований установлено, что для некоторых типов клапанов при равенстве проходных сечений на цмитаторе сопловой решетки и кольцевой щели между чашкой и седлом клапана при сверхкритических перепадах давления . возможно появление нестационарных режимов . связанных с неустойчивостью положения критических сечений. Эти данные объясняют известный из экс-' плуатации турбин факт повышенной вибрации клапанов в зоне небольших подьбмов. когда имеет место выравнивание указанных выше площадей.

2. Нестационарность течения обусловленная перемещением критического сечения в клапанном канале может быть устранена за счет соответствующего профилирования клапанного канала. Особенностью такого канала является появление локальной сверхзвуковой зоны на входном участке седла, которая при закрытии клапана плавным образом перекрывает все проходное сечение и занимает устойчивое положение. ~

3. Проведенные исследования клапана с титаторш сопловой решетки показали, что' характеристики собственно клапана сильно зависят от наличия .^митатора. Это обстоятельство говорит о том . что экспериментальные исследования клапанов необходимо проводить с учетом наличия в турбине сопловой решетки.

4. Созданы программы расчета полей скоростей и давлений в клапанном канале , включая и область трансзвуковых течений. Сравнение данных расчета с опытными данными полученными на плоской модели клапана показали не только качественное , но и количест- ( венное совпадение расчетных и опытных данных.

5. На основе проведенных расчетов предложена универсальная форма клапанного канала и методика его построения , позволяющая

проектировать клапана любых типоразмеров, для повышения стабильности течения в таких клапанах выполняются также кольцевые проточки на чашке клапана. Экспериментальные исследования таких клапанов подтвердили их высокую вибрационную надежность.

6. Разработана методика расчета расходных характеристик, позволяющая по двум базовым точкам восстанавливать всю характеристику во всем диапазоне скоростей.

. Основные результаты диссертационной работы опубликованы: ■ 1. Универсальная расходная характеристика и ее практическое использование /жинов А.А., Зарянкин А.Е. -М., известия вузсв. Машиностроение, 1993, НЮ.