Распределение параметров потока по радиусу ступени осевой турбомашины

Параметры потока на различных радиусах по высоте проточной части ступени отличаются от таковых на среднем радиусе. Это отличие связано с переменностью окружной скорости, () предварительной закруткой потока на входе в рабочее колесо (), закруткой потока на выходе из рабочего колеса (), а также переменчивостью шага (t) и густоты решетки по радиусу .

Вследствие указанных причин скорость воздуха, форма треугольников скоростей и численные значения коэффициентов затраченного напора, степень реактивности, коэффициент расхода и другие величины не остаются постоянными вдоль радиуса ступени. Действительная ступень представляет собой совокупность бесконечного большого числа элементарных ступеней. Поэтому для получения наибольшей эффективности ступени в целом параметры элементарных ступеней на каждом радиусе должны быть согласованы между собой. Это приводит к тому, что профиль лопатки должен меняться по высоте решетки, если выдерживать оптимальный угол атаки при входе на решетку. Другими словами лопатку необходимо закручивать по высоте. Выбор же закона закрутки (выбор типа ступени) зависит от характера пространственного потока решетки. Последнее в основном будет зависеть от относительной высоты лопатки или величины относительного диаметра втулки . Важнейшим критерием выбора того или иного закона закрутки ступени является ее коэффициент полезного действия.

Тип лопаток ступени определяется в основном законом изменения циркуляции по высоте лопатки, который удобно выражать зависимостью

, (5.1)

где - для компрессорных ступеней;

- для турбинных ступеней;

- окружные составляющие абсолютных скоростей на входе и выходе из рабочего колеса, соответственно;

m – показатель степени, при различных численных значениях которого получают различные законы закруток лопаток по радиусу.

Для определения кинематических параметров потока в различных сечениях по высоте лопаток необходимо знать треугольники скоростей в этих сечениях на входе и выходе из решетки. Чтобы построить эти треугольники скоростей достаточно знать изменение осевой, окружной составляющих абсолютной скорости и окружной скорости (U) по радиусу. Окружная скорость определяется по формуле . Составляющие скорости С_а и С_U определяются исходя из выбранного закона изменения параметров по радиусу. Приводимые ниже расчетные формулы получены из совместного решения уравнения радиального равновесия и уравнения энергии (в форме уравнения Бернулли) для осевых зазоров цилиндрической ступени при радиально уравновешенном потоке (С_r = 0) и постоянной работе на лопатках по высоте проточной части.