автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Влияние относительной высоты и формы профиля на потери в турбинной сопловой решетке

РГ6 ОД

з о ШскШ-л ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (Технический университет)

На правах рукописи

МУХАММЕД АБД ЕЛЬ-АЗИЗ ХАССАН ХУССЕЙН ' (АГЕ) ' ..

ВЛИЯНИЕ. ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЫСОТЫ И ФОРМЫ ПРОФИЛЯ НА ПОТЕРИ-В ТУРБИННОЙ СОПЛОВОЙ РЕШЕТКЕ

Специальность 05.04.12 - турсомашины и турбоустановки

■ ' Автореферат

. диссертации на.соискание ученой степени I , каншйга технических наук

: 1{'

Москва' - 1994

- а -

Работа выполнена в Московском энергетическом институте.

доктор технических наук профессор Дейч м.Е.

кандидат технических наук Коршунов Б.А.

дбктср технических наук профессор -Шерстак А. Н.

кандидат технических наук, Леонов В.М. •' - "

Калужский турбинный завод.

Защита состоится в аудитории Е-40Э "16" ини$ 1994 г. : в /у час. мин. на заседании.специализированного совета К 053.16.05 Московского энергетического института.;'отзьшы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по-адресу: . •

105835 ГСП. г.Москва. Е-250, Красноказарменная ул.. д.14, Ученый Совет-МЭИ. ' . ."'..'';'. . '•

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭЙ.

Автореферат разослан ")£" И ¿- Я " 1994 г. ' '

Ученый секретарь .'",.• • ,

специализированного, совета.

к.т.н.. с.к.с.. . . ^-^о — Лебедева'А.И/

Научный руководитель: Научный консультант: • Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность и надежность паровых и газовых турбин в значительной степени определяется совершенством .их проточных частей, основными элементами« которых являются решетки. Поэтому усилия многих исследовательских институтов и конструкторских бюро турбинных заводов и фирм направлены на исследование и совершенствование сопловых и рабочих решеток, на более глубокое изучение Физического процесса обтекания лспаток. .Заметнув долю в общей балансе потерь в турбинной решетке занимают концевые потери, причем чйм меньше высота лопаток, тем уровень.' их выше. . ' •.

г' В связи с ■ изложенным. несомненна актуальность работы, ..носБященной . разработке • и исследованию ноеых профилей сопловых ■чотеток о/умейьиеннюш концевыми потерями. ' ;

.:. Цель работа: '

1. -Исследовать' влияние, форма, профиля на профильные и концевые потери .в сопловых. решетках.: -опираясь на модель "дельфинооб-• -разного''профиля■ • .•- .

Z Сопоставить газодинамические характеристики решеток традиционных-профилей О 90 15А и С 9(1 15Аел с решетками "дельфинеоб-: разных" профилей в широком диапазоне чисел Маха; •

3 Осущертвить . оптимизацию, решеток профилей с утоненной «.входной частью,, -обеспечивающих,-минимальные профильные и концеьые

.потери; • • • , - ' : - '"..

4 Исследовать влияние высоты лопаток на структуру потока и газодинамические.характеристики решеток различного типа;

5, Сравнить результаты'.расчетного и экспериментального /исследования некоторых рейеток нового типа.

Научная-новизна диссертационной работы состоит в следующем: -^разработаны новые'профили , и исследовано, влияние форма ло-гаткк я иежгогаточног.о. какала на профильные и концевые потерн.

- .1 - - _ .

- получены характеристики решстск ноеых профилей и сделано сравнение их с характеристиками известных решеток,

- определено влияние изменения сгынки и вогнутой поверхности профилей на профильные и концевые потери.

- получены зависимости изменения суммарных потерь от относительной высоты сопловых решеток, имеющих лопатки различного типа для широкого диапазона отношения Ь/1.

- получены новые результаты, объясняющие структуру вторичных течений в решетках с относительно короткими лопатками. ,

ные научные положения, изложенные в,работе, подтверждены большим количеством экспериментальных данных. Использованные современные методы измерений, и выполненная оценка погрешностей позволяют утверждать. что полученные экспериментальные данные достоверны. Результаты экспериментальных . исследований решеток хорошо согласуются с'экспериментальными данными других авторов, ' '

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены на: ...

1. Газодинамическом семинаре кафедры ПГТ МЭИ, апрель 1994г.

2. На заседании кафедры ПГТ МЭИ, апрель 1994г.•

Публикации. По результатам выполненных исследований .выпущен

отчет по научно-исследовательской работе.

. Практическая ценность рароты.' Полученные в диссертации результаты могут быть использованы для разработок и расчетов решеток профилей. Исследования автора внесли вклад в.описание вторичных течений в турбинных решетках с относительно' короткими лопатками. Опытные данные подтверждают эффективность "дельфкнооб-разных" профилей и правильность нового подхода к профилированию решеток с малой относительной , высотой лопаток. Разработанные. соллоеыз решетки могут быть применимы.в парсвых и. газовых турбинах. ■-•"••'_ .

Личный рклад автора. • д&тором выполнен обзор .ц .анализ лите-'.' ратурных данных, разработана обоснована программа исследова-

.;.'•■. - "5 -

ний. Разработаны и рассчитаны профили сопловых лопаток, "необходимые для проведения исследовании. Проведены экспериментальные исследования, составляющие главное содержание диссертации. предложены объяснения физических явлений, установленных в опытах.

Автор зашикает результаты экспериментальны/, исследований ■ новых сопловых решеток, предложенные объяснения, физических явлений. установлены» в опытах;- целесообразн:сть практического использования' сопловнх решеток с -дгльфанообразнад«!" лопат;сами.

Структура к объем работы. Диссертация изложена на 1S6 страницах. включает И 7 страниц машинописного текста, иллюстрируется , 100 рисунками к..состоит из введения, пяти глаз, заключения и списка использованной литературы из 155 наименований.

,- • . .. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

/'■"": ' Во раедений обосновывается . актуальность темы диссертации, - •устанавливается основное направление исследований и зге практическая важность, дается общая, характеристика работы. Î-; '':В"первой''-главе .представлен обзор опубликованных работ, /посвященных. вторичным течениям и .концевым потерям в турбиниых. -/решетках: : Рассмотрены а' проанализированы работы, в которых \'*гУпредставлекы модели вихревых структур и вторичных течений в меж":' /лопаточном канале реаетск. . Особое внимание уделено работам по ^ исследованию... влияния режимных и геометрических параметров реш?-й/тйк-çà профильные. кокиевке и суммарные потери и работам, посвя-ценным способам снижения.' концевых потерь. t Как следует из обзора литературы, уменьшить концевые потери можно - снижением, интенсивности'входного подковообразного вихря и •. -■¿■ вторичных перетеканий, в межлопаточном канале. Для достижения та> (сой Цели в Московском энергетическом институте были разработаны г-; îHoet». профили.- ■ Для уменьшения, входного /подковообразного вихря ; , •"новые.' профили ■ имеют утоненную входную'часть и входную кромку с ■ • •.-.небелым»-радиусом.-округления.'- -Для уменьшения вторичных перете-

калий.новые лопатки имеют на Еогкутой поверхности локальную волнообразную выпуклость, а на входном участке спинки вогнутость, при этом уменьшается перепад давления между вогнутой И выпуклой поверхностям! профиля и утоняются■пограничные слои на поверхностях сходного участка межлопаточного канала. Новые профили имеют дельфин.ообразную форму.

Исследования новых дельфинообразных профилей показали, что они являются высокоэффективными и имеют в дозвуковом диапазоне ; (М, t <0,9), небольшие профильные и суммарные потери. Преимущество их над стандартным профилем С ЭО 15А получено за счет уменьшенных концевых потерь.

. Анализ литературных источников показал, что недостаточно. изучено влияние ряда геометрических и режимных параметров на-структуру потока и потери в турбинных решетках и некоторые воп- ' росы остались до конца нерешенными. Так... практически нет работ/-ь которых исследовались структура вторичных течений и потери в решетках с относительно короткими лопатками (ЬЛ>3), когда реализуется смыкание вторичных течений. В настоящее время в таких исследованиях есть острая необходимость в связи с созданием турбин с сверхкритическимн параметрами. При этом особый интерес вызывает исследование новых решеток, специально спрофилированными с целью снижения вторичных перетеканий и концевых, -потерь, и' сразнение их характеристик с характеристиками известных решеток.. Количество работ,. посвященных изучению влияние:формы профиля и межлопаточного канала на структуру вторичных течений и потери, в том числе и работ по исследованию новых, дельфинообразных профилей. представляется недостаточным.

В заключение оозора сформулированы основные, задачи, решаем -мые е диссертации. ; . ' • . /

Вторая глаза посвяиена описанию экспериментальных стендов, подготовке рабочего тела, методике;'й' объектамисследования.,. системам измерения и определений погрешности измерений.' -

Иооледсваниз проводились на-паровом и воздушном стендах, ка.

которых устанавливалась одна и та же рабочая часть.

Испытшались плоские решетки, состоящие из 7 лопаток постоянного по высоте профиля. Шаг решеток ъ=46мм. эффективный угол выхода fl1;Ç-15°. толщина выходной кромки решеток -4,^-0, Змч. Высота решеток 1 изменялась от 8 до 50мм. ДельФинообразные профите (модели . М1-М7) и профиль типа влажнопарового С 90 15Авл (модель МО) имеют хорду Ь-75.5мм и угол установки Оу-450. Стандартный профиль С '90 15А имеет херду 1.5мм и угол установки «^»ЗЭ"'. Профили МО-М7 к С 90 15А показаны ча рис. 1.

-.. Экспериментальные исслеаозанпя на воздушно« стенде проводились при. числах Маха Mlt«о.з+о.65.■ при этом значения чисел Ре-нольдса Re соответственно.изменялись от 5«105 до 10е. Основные исследования на паровом стенде били проведены на перегретом паре для - чисел' Маха.- .изменяющихся от 0.3 до 0.9. числа ренольдса соответственно-'изменялись от 3«105 до'7,5»105. Дэльфиносбразные профили-исследовались и на влажном паре при числах Маха Mlt=0.7.

/.-.Погрешность определения коэффициентов потерь на всех режимах на превысил о, 2?.

Г. "'Третья глава, посвящена экспериментальному исследованию '-Дельфинообразных профилей и исследованию влияния Формы профиля, ;'на .профильные, концевые и суммарные потери. .

Для подтверждения эффективноста дельфинообразных профилей были-:проведены исследования решетки дельфинообразных профилей m ■ йЬ решетки . профилен , МО 'и. сделаны сравнения их характеристик. (Сравниваемые, решетки имели одинаковые' хорду, шаг, угол установки, геометрические углы входа и выхода, радиусы входной и выход-, ■ной i^pMOK'и-Х-д. - Отличаются они только наличием локальной зог-■Нутоств, ца.спинке и'локальней волнообразной выпуклости на вогну-.поверхности. лопатки .-.Профиль Mû близок к влакнопаровому гпо-ршйС.èàiiSABA,'-" Эксперименты были проведены на воздушном стеи-^¿■Щотёри- H статическое'давление по обводу профилей опредс-ля-ай^да^различных числах Маха. (Htt»0.3. 0.4. 0.5. 0,65). На р^с!Й%0Йазаны зависимости профильных, концевых и суммарных ru-

-а-

•герь от числа Маха М, 1. Видно, что профильные потери и обоих, решетках практически равны. Суммарные потери з реиетке профилей МО заметно больше (почти ка 155). чем в решетке М1. Такое итличие в суммарных потерях получилось из-за различия концезых потерь в сравниваемых решетках.

На рис. 5 приводятся распределения коэффициентов потерь ;:о высоте решеток КО и М1 для чисел Каха м,г.-С.5. Видно, что к а • высоте 1-0.5 потери равны. У торцевой поверхности потери з решетке "профилей МО выше, чем з решетке профилен М1. Пкк пстерь з решетке КО вше и лежит дальше от торцевой поверхности, чей в решетке 111. Такое различие к распределениях коэффициентов потерь по высоте сравниваемых регаэток свидетельствует о том. что вторичные перетекания в решетке дельфинообразиых профилей менее интенсивны. чем в решетке профилей КО. Уменьшение вторичных перетеканий и концевых потерь в резютке профилей М1, пс сраЕНеяив с —решеткой профилей МО. можно, объяснить тем. что снизился г>сркп?д 'давлений' .'между вогнутой и выпуклой поверхностями мехлопаючиаго канала. .. образованного лопатками М1. При обтекании выпуклое ;и на вогнутой • •• поверхности статоческос' давленае в э^см иесте ухеяъвч-, 1ется.: й при обтекании вогнутости на спинке статическое давленкг, ■■Повышается.' Сказанное подтверждается распределениями статкчееко-'Т'^р; давления по. обведу профилей КО и И1. Кроне того, входной под-'г'крворбразный-вихрь перед лопаткой М1 имеет кеноже размеры и ин-/■тенр'ивность. т. к/:лопатка М1 -имеет более тонкую сходную часть. :ХУ)■(/■ :.Йтак.,экспериментальное исследование показало, чго концевые '^•потери в, решетке 'дельфинообразиых лопаток имеют меньаие зкаче-; . нчя, чем в решетке профилей типа С 20 15Авл.

Для определения влияния вогнутости на спинке, начинающейся -¡ «от входной кромки,..на профильные, кокцеоыэ и суммарные потер:!, к •'¿дополнению к исследованиям - профилей М1 и К2. сделанным раке«.». ■Ьбыли' проведены исследования профиля ИЗ на паровом стенде, профиль КЗ в отличие от профиля МГне имеет вогнутости на сга:нке.

На, рис.4 приведены распределения коэффициентов пстерь ло

—-I

* " -1

Рис. 2. Зависимость потери от чисяа Msxa. * MI о КО

......т—

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Рис. 3. Распределяют потерь по высота лопяигя (Ко :т 1"1). 1.1,t = 0.5. Воздух.'

* MI о Ш '

-------- —— — ■-Г- -----

\\

WJ

0.0

о.г

0 2.

0,3

-0.4 ; ' '0.5 '

Рис. 4. Распредодзж'э ,ndxepi> .¿то- высоте лопэтк-я-ОЛ s Ш}..M,t = 0.7. Первгоеий пар-' (дт= 67 v- 7SK). * II о ~3

-; 3 г-' т;,- ' '

..' 'высоте решеток профилей М1 и МЗ для числа Маха к, ^0.7. Видке, что значения коэффициента потерь у. торцовой поверхности в решетку профилей МЗ Еыше. чем в .решетке профилей М1. Пик потерь в решетке профилей МЗ немного выше.и лежит дальше от торцевой поверхности, Это говорит о том. что в решетке, состоящей из профи. лей МЗ. вторичные-течения интенсивнее, чем в решетке профилей М1. Это можо объяснить тем, что" в решетке М1 входной подковообразный Еихрь имеет меньшие размер«-)! интенсивность, т.к. профиль М1 из-за наличия вогнутости'имеет"более токку» входную, часть, а перепад давлений, от вогнутой доГвыпуклой поверхности на входном 'участке реиетки М.ниже. : чем,в.решетке МЗ. В центре по высоте ... решетки (1-0,5):коэффициенты,'потерь'в-.обеих'-решетках практически .';' :р&вцы. Это обьяснкется-тем,-'.чт9'-небо,льш!е изменения лсзерхност;: во зходной части лопатки.-;. т. е.' .- там где'скорости потока неболь-;"л-1зие/- приводят к незначительны^;-':'изменениям профильных потерь. Аналогичная ' картина.7.и- тенденция- наблидаатся и для чисел Маха ^1*0,5 и 0,9. "Сказанное наглядно иллюстрируется зависимостями .'. изменения коэффициентов профильных, концевых и суммарных потерь от числа Маха М}1. приведенным на рис.5. Видно, что профильные 'потери, в дипазоне чисел Маха от 0.5 до 0,9 в, решетке МЗ практи-.. чески такие же. как в решетке М1. При этом концевне к суммарные ■ потери при высоте лопаток 1-50мм' в решетке профилей мз имеют большие значения, чем в решетке профилей .

На рис.5 нанесены такае зависимости изменения потерь от ■': .числа Маха - в решетке профилей И?..- ПроАиль М2 имеет более ■' высокие профильные потери, чем профиль М1. Это объясняется тем. что профиль М2 в зоне поворота потока имеет еод&вув кривизну чаинки. В то хсе время концевые потери У продля Н2 неккого мень-те. чем" у профиля КГ,- Это можно объяснить тем. что из-за белое ; . .сильной вогнутости на спинке, а- также из-за того, что какснмаль-.".-. ная толщина .профиля. М2 больше,-' чек У профиля К1, происходит ке-;.--"нее • сиЛеНое'-утолаеиие г/граничных слоев'на торцевой поверхности -;."*'Цежлопаточнсго-'канала 'по;ходу потока. ..

' - 12 - ■ \ Сравнение получение результатов исследования решеток профилей №1, М2 и МЗ, имеющих различные локальные вогнутости на спинке. показывает, что вогнутость на спинке влияет на профильные и концевые потери. Причем чем больше вогнутость, тем меньке концевые. но больше профильные потери. При этом существует оптимум по суммарным потерям в решетке в зависимости от форма и кривизн^ локальной вогнутости на спинке. В экспериментах было установлено. что профиль М1 имеет оптимальную форму вогнутости.

Вогнутость ка спинке влияет на концевые потери в большей стеийни тогда, когда на вогнутой поверхности, лопатки имеется локальна« выпуклость. Зто определено сравнением результатов иссле-доеания'реюеток профилей КО и N4. ■.•-'■•. ,

Слияние локальной волнообразной выпуклости на потери можно определить сравнивая результаты исследования решеток -.профилей м! М4 и Мб. Профиль ;м отличается от профиля М1 тем. что .у- него лекальной выпуклости на вогаутой поверхности. Профиль Мб отдача» ется от профиля М! тем. что кмеет большую:выпуклостью на вогну той поверхности. Экспериментальные исследования решеток, состоящих из этих профилей, про?ззодалис'ь. на'-паровом: м- воздушном стен^-дах. . _ - '•'•■/■ " -: - -""'/.Л .•;.'.

На рис.6 приведены зависимости изменения коэффициентов профильных, концевых и суммарных потерь' от мисла Маха М,., . Видно. что профильные потери в обоих решетках имеют незначительные отличия, концевые и суммарные потери в решетке профилей Л!'меньше . чем е решетке М4. Меньшие суммарные потери.3 решетке М1 получены за счет уменьшения концевых' сотерь..бторичдае даретекания в решетке профилей М1 уменьшены вследствие снихения статического давления у вогнутой поверхности. й01ат^|вйЬйв'=яогаи»ноЯ'.-. волнообразной' выпуклости и. соответственно,'-'.Йфепада^:давлениямежду вогнутой и - выпуклой поверхностя»1И-.'м^Ь1!а^да(^:Ш1ада<;''-'а;^юю из-за утонения пограничных;слоев на.-ярверхАосадх''входной.'части канала, т.к. межлопаточныЗ канал.-из-за''налич)1Я местной.-,выпуклости на вогнутой поверхности имеет'повывеннуЬ конфузорност»

6,0

4.0 •

?.0 ■

1 ^

1 -- — у

1 -- - - л

1 — р

в»" .... тт М,

ь т-г- ТУ -г-г Г'Т1" —г~г

0.0 '1ч I г »'* I—I* I I * I ' '*' »

■а. с 0,4 5.5 0.6 0.7 0.8 Р,Э

Рис. 5. Заацси:«св2Ь лотзрь-о? чхсда «Ьха« Ларе грот пар (дТ а С7 - ?еК )

^ Щ О, 1-Зг. • /о , 1.53

6.0

4,0

2.0

0,0

; л

: . 1

—« - И

-- -- А

.... •••• О — ....

Ц.

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

О.в

Ркс. 6. Зависимость потерь от числа Маха. Дзрегретый пзр (дт = 67 ~ 79К )

* Ж о Ы

1 ^

1 < —-

1 • ^ < >4

| » • » -— • --<!

| ►.....

4— 1 тттг тггг тттг тггг ТГГГ —о 1111 м. ТТТГ

0.5

0.6

0.7

?ис. 7. ЗаБГСю.:ость потеря о? числа ¿¡«а.

¿озадх.

* Ш.

входного участка.' Исследования показали, что-б решетке профилей: Мб концевые потери'меньше, а профильные и суммарные потери больше. чем в решетке профилей профилей М1 (см. рис.7),.таким образом Форма.выпуклости у профиля М1 является оптимальной.

Влияние выпуклости "на. профильные и концевые потери можно также выявить, сравнивая результаты исследования'решеток профи-' ' лей МО,.' мз и М7. У профилей МО. МЗ и М7. одинаковые спинки, но. разные вогнутые поверхности... Профиль.МО не. имеет локальной, выпуклости на вогнутой поверхности, профили МЗ и М? имеют ее. но у . последнего'она имеет меньшие,размеры . и. кривизну: Исследование показало,- ' 7Т0 профильные потери в реиетке МЗ и М7 больше, чем з ' решетке МО. ■ Зато ко'нцевие яотери. наоборот.' в решетках профилей МЗ и 'Й7 меньше. чем е. решетке-МО.'. При этой-'ремотка.профилей М7 ..имеет большие концевые потери, и меньшие профильные, чем решетка ; профилей. МЗ. /Исследования.■ показали,..., что Лояльная выпуклость-' сказывает, 5ольяее;;влиянае. на снижение концевых потерь' при .' нали- . чип локальной вогнутости .на спинке. " '• ' , : " - ";'-■.-;

'Для определен)»! влияния 'местоположений локал$нрй/.волно0<К/ 'разной 'выпуклостийа вогнутой поверхности дельфинообразной лопатки на потери/ а также ¿птимальксгр положения; ее .'были исслеДованы решетки профилей.М1;и М5.'Локальная выпуклость у .профиля М5 . расположена дальше от входной кромку;. /чем у профиля МЬ «сследо- . : зания были проведены только на воздушном/стенде.^ ; - ' .

По зависимостям.' показанным ка рис. 8,', видно,;., что' Для всего-.. - ^дипазона по числу Маха концевые, потери, в . решетах М1 и 1М5 "равны.'/ профильные и/.. соответственно, суммарные .'потери ;ё -решетке, профи-... лей М5 больше.' чем в решетке' профилей КЗ... и'счти ■ Это. можно /

объяснить тем, - : что'локальная выл^хтость /«.профиля Й5 обтекается • . с. большей скорость«.-' чем у профиля'- п^и'/этРо^ возрастают .поте-:/ ри от тренил. По полученным результатам '«о^'р^з^ть. ^нто "кение локальной-выпуклости на вогнутой.лоеерхаостн. м ется на уровеь кониевкх'потерь; \но сильно.влияет на профильные' .-'• и. соответственно. - суммарные-потери.Положениб;-.лс'кальной выпук-' Г

' - 15 - '

лости е том месте, как,у профиля.Ml. является оптимальным, т.к. .при этом наблюдается низкие уровни концевых и профильных потерь.

Экспериментальные исследования для определения влияния числа Маха на 'профильные.потери в. трансвукозой зоне проводились на паровом стенде. Исследовались нёсколько кодификаций дельфино-образных профилей {Ml, М2„ МЗ) и: стандартный профиль С 90 15А.

На рис.9 показаны изменения^коэффициента профильных потерь в исследуемых'решетках в .зависимоетгг от. числа Маха, меняющегося в пределах от 0,5 до 1,3. Профильные потери в решетках дельфино-

■ образных лопаток в ./зоне околозвукового кризиса имееют большие значения; •. чем в решетке стандартных профилей С 90 15А. Пик по-

.терь . в решетках новых профилей зафиксирован пси Mlt«l,i и он на < иного выше, и острее, ' ' чем в/решетхе;профилей С 90 15А, в которой "максимум достигается при Mlt'=r; это можно объяснить тем. что г.профиль С 90 15А й. дельфинс'образныэ профили имеют разные кривизну выходных участков спинок, 'при этом дифоузорнкй участок ка спинке стандартного профиля начинается ближе к горлу решетки и . оказывается более протяженным, чем у дельфияообразных профилей. 'Следовательно пограничный слой на спинке стандартного профиля в : .'зоне взаимодействия его со скачком уплотнения скорее всего турбулентный, а у дельфинообразных профилей - ламинарный. Известно. . что ' турбулентный слой обладает большей сопротивляемостью отрыву . при взаимодействии со' скачком уплотнения, расяодояеннкм за горлом, и характеризуется меньшей интенсивностью-увеличения потерь С' в зоне околозвукового кризиса, чем ламинарный,-слой. Следсватель-

■ но решетки дельфинообразных профилей при околозвуковых скоростях - имеет менее благоприятные характеристики пс профильным потерям, --чем решетка стандартных профилей С .90 15А. Репетки профилей М1-,

М2 н ИЗ имеют некоторое отличие, значений 'профильных потерь- в : '-.трансзвуковой - зоне.. ..Скорее всего", это связано с некоторым отли-\.чием кривизна сцинки за горлом, полученным при изготовлении ло-/паток: Изменение; геометрии профиля на входном и средне« участках "в-. процессе сглашвания--также- вносит некоторое- неОолызае asvoue-

\ '' - 1С - ■'■•'•-

ния на выходные участки спинки. ." ■ . • ., -.".

; В четвертой главе• приводятся результаты исследования влияния высоты лопаток на структуру потока и потери в решетках. ■Были исследованы три решетки, состоящие из профилей С • 90 ' 15А, дельфинообразмых профилей М1 и профилей МО типа С 90 15Лвл. Эксперименты•проводились на воздушном стенде для числа Маха

Мц-О.б. / / •

На рис. 10 представлены зависимости изменения потерь в • исследует* решетках от значений их высот (Ь/1). Эти зависимости -.являются итоговыми для данного раздела исследований' и имеют большое практическое значение. .',:..'• 4 '

Полученные зависимости изменения потерь,в решетках от значений их высоты не являются ..прямолинейными ао.всем диапазоне изменения высот, а имеют .-прямолинейные/- выпуклые и' вогнутые участ- • ки. При ^изменении высоты решеток до;26мм <Ь/1=2+3) зависимости *-Г(Ь/1) практически прямопропоргшональные. Это объясняется тем. ..что при уменьшении высоты решеток до этих значений потери■Б.кон-. цевкх зрнах'изменяются слабо, лики. потерь практически; не-измёйя-ют ,свои высоту и абсолютные размеры/ ,а.-происходит .только,- ебкра-цение участка плоского" обтекания б'Средней' по, высоте, части ре-..' шетки. на.котором не сказывается воздействие, вторичных перетеканий и основных канальных вихрей. При.этих высотах основные канальные вихри с противоположных* торцевых; сторон .-не взаимс-, действуют, между- собой и располагаются симметрично-друг над другом. .'.- , ' - ■ -.-V.•

При дальнейшем уменьшении высс^и решёток происходкт замедление роста . суммарных потерь.'/Зто.мото^

' ходной части решеток происходит/взаимодействие основных канальных вихрей. > расположенных сУпротивоположных торцевых сторон. При: этом возрастает, статическое 'давление в Средней-чёсти спинки/'.что приводит к! ослаблению вторнч!шЛюретешшЙ и/уменьшению;. рааиег *

-ров канальных вихрей. -^¿тя 'их- рост'поасоду;пото{са^в решетке^про-гл исходит почти, до Усамой выходной'крог'ки *

у у

У»

— —а —

т'г —т~г Г" Г* ^Г—Г" т г ТТ- -г-г1 ь/4

.?::с._Ю. ^Ко&Офяайзтг ::ог;рь а залк<гз»с7к от "-""а -я высота решгкк. к„ = 0.5. Ьоз;;.,.;;

п * 1Я д С Ь'С 15 А

- "'■>;. is"

\ При дальнейшем уменьшении высота решёток до значений Ь/1>5 (высота лопаток меньше 12мм) происходит повышение интенсивности роста потерь.- Сильный рост потерь при'уменьшении высоты решеток в указанном интервале,Ь/1.можно объяснить-следующим образом. При таких высотах решеток основные канальные вихри, расположенные с противоположных-торцевых сторон,- .начинают сильно взаимодействовать внутри решетки на некотором расстоянии до выходной кромки.. Такое взаимодействие сопровождается повышенными потерями. И. чем. меньше высота решетки,: -' тем меньше размеры могут'иметь основные -канальные вихри и тем больше расстояние, до.выходных кромок лопатки, на' , котором , происходит.' ..взаимодействие . .противоположно расположенныхи вращающихся, в' .разных, .направлениях вихрей и. . ■ соответственно, к большим потерямгэто(взаимодействие приведет.'.' По -характерисшкам."--представленным; Mi: .•• Ьидно;'\.'.что.-суммарные -потери' в .решетке дельФиноо(5разных. профилей имеют.мель- •'• шие значения во всем интервале высот ь/1",- . чем , потери в решетках Профилей С '90' ISA и КО.. 'Причем максимальный выигрыш- в потерях;'. . (>!'%) получен при высотах Ь/1'^'2. и Ь/1>6Отметим также.,-. ;что,¡и..:, профиль МО 'имеет, некоторое •npeiiMi'iiieoTBo тто; потерям: над..; профилем С 90 15А при одинаковых.значениях Ь/1/.'Г'-;

В пятой главе приводятся результаты расчетного исследования" влияния относительного шага, и • угла установки на потери в решетке , профилей Ml. Для этой^цели Ьыли 'рассчитаны распределена давле-" „ний по обводам профиля при различных,относительных'шагах 'решётки..', ]>t/b и углах установки профилей по методу,-• крторый - ггредетав->";. . ляет * собой решение: интегрального: уравнения:-потетдаального" сбте- ' ^каняя; плоских решеток лопаток потоков несжимаемой жидкости Сравнение распределений давлений пс обводу.м$рофилей.-- полученные- ■ . расчетом' и; эксперкментально'-для угла'входа-лс^ка «¿«90®. ;лугла--.--установки в^.-450; и." относительного- иага-rtHJ»Э^лодтаерждаег. возможность такого.исследования /

, По распределениям/Давлений по-обвожу ...прОФалл ¿получено"-рас^ пределекие толщин. потерн -импульса на ..-спинке,- и -вогнутой поверх.---".

: ;''..;'""'' •• 19' -..

кости 5СП" и-6в". ■ По толцинам:/потери импульса у выходной кромки на спинке,и вогнутой поверхности найдены потери на трение и.затем профильные'потери.- с учетом кромочных потерь.

. Расчет профильных потерь показывает, что при увеличении относительного шага рекетеи с.0.55,до 0.7 профильные потерн монотонно 'уменьшаются.: ири" этом интенсивность уменьшения потерь ' ослабевает. Анализ зависимостей. распределения статического дав-• лент по обведу профиля показывает./что концевые потери в реает-ке профилей К1 при возрастаний-«^/относительного шага увеличива-.. шея. т.к. при этом давление на,-спинке профиля падает, а на вог-! ■ ■.-нугой. поверхности растет;"'"'"что:вызывает увеличение интенсивности ■.-'.вторичных перетеканий.-'' Расчетные данные и их анализ показывают, что, изменение -уела • .Устайовхи' лопатки: '.:е' ту иди" иную сторону от V. расчетного приводит к-повышений''профильных потерь.

•.;'' '/-. "' 'выводы-- ;-'

<.Проведенные в настоящей работе исследования позволяют еде- . лать следующие основные выводы: .-..'.'■,:. Ь Подтверждено, что решетки дельфинообразных профилей ха-' . растеризуются небольшими . профильннмп и концевыми потерями в т- роком диапазоне дозвуковых-скоростей. Решетки дел однообразных , профилей имееют преимущество по суммарным я концевом потерям над ..-решетками из стандартных профилей С 90 15А й влажно паровых про; . филей С 90 15Азл в широком интервале относительных _высот. ./'. 2; Исследования ,.-• ориентированные на оптимизаций решеток нового типа, показали,-. Что расположение и форма локальных вкпук-. лостей на вогнутой поверхности и вогнутости па спинке оказывают .'большое влияние, на профильные, концевые и суммарные- потеря в ре-'ветке..:Минимальные суммарные потери, получены б решетке лельфяко-. .образных профилей

;'•;■:' . •■ 3..'Исслегсвания-.соплобых;ргшеток различного "у.гл (стаядарт-."'ных С 90'Д5А.• азакнопаразах'С 50 15лвл к ¿е,:ы{инооСр".?!шх) пр::

■ •','-. - го - ' 'л'- - - - \ ". -

переменных.относительных высотах показали..что прямолинейный.ха- . ргктар зависимостей суммарных потерь от Ь/1 подтверждается только на начальном участке р/1: Лоследущее уменьшение относительной . высоты приводит к 'нарушению линейного закона изменения v

интенсивность увеличения потерь несколько снижается, а затем резко возрастает. При этом диапазоны Ь/1.. на которых зависимости.. У,(Ь/1) »моют прямолинейный, выпуклый и вогнутый-участки, зависят от типа решетки и .интенсивности вторичных.речений.- .. . ",■-'.

4. Подробные исследования решеток различной высоты отчетли-

• во показывают' весьма существенное изменение, структуры :потока'. в;.'" решетке и за ной при относительных высотах, -при которых происходит смыкание вторичных течений:, область максимал^ньк потерь перемещается в среднюю часть' .межлопаточных кгш.здов. ;■" •.•'.-*•. \>

5. Экспериментальные... исследования показали. Что решетки

дельфяносбразьых профилей хапактеризуятся: небольшими - потерями......

связанными .'с.'влажность». - Этот результат, позволяет рекомендовать- . ' дельфаноо'бразные профили также для ступеней, работающих.на.влах-.-- ■• ном паре. '-■'

. 6. В зоне околозвукового'.коизиса в • изолированных решетках •;■,-дельфинообразных профилей профильные потери возрастают более интенсивно'с изменением чи^лз. .Маха,> .чем . в. .решетке ; стандартного: профиля С 90 I5A

'?. Результаты расчетных- исследования .решетки-, дельфиноовраз-- ,ч ; . ных профилей позволили установить целесообразные диапазоны изменения относительного шага и угла-установки лопатки. . г-Зона-опти-.:-' мальных относительных шагов составляет. 6-0, is Углы установки ■■ ■ можно менять в пределах 2-3° от расчетйого значения

Значительны; экспериментальный материал. полученный я настоящей работе, достаточно полно характеризует преимущества дельфинообразных. профилей и подтверхшаетк- -основной "-соображения^ положенные в основу их профилирования и расчета. "

^ 'V

• Тнииплфин -MJll. Краспоьдэармзюмя. 13. :