Обтекание решеток с суживающимися каналами

Как было показано выше (см. рис. 2.11), при обтекании решетки может происходить перерасширение потока, т. е. местное давление, обычно на спинке профиля в косом срезе, может быть ниже, чем давление за решеткой. Кроме того, давления, а следовательно, и скорости в поперечном сечении

межлопаточного канала, в том числе в минимальном его сечении (горле), а также непосредственно за решеткой не одинаковы. Вследствие этого, что подтверждается детальными экспериментами, при дозвуковом режиме, определяемом средним значением числа Мм за решеткой, при М1 (= 0,85 -т- 0,95 в межлопагочном канале могут появиться местные сверхзвуковые зоны, где М > 1.

Опыты (рис. 2.23) показали, что наибольшая неравномерность отвечает так называемым трансзвуковым режимам, когда средние значения числа М, за решеткой составляют

При этом, если осреднение проводится по методике, учитывающей переменность по шагу всех характеристик потока, для трансзвуковых режимов характерно увеличение профильных потерь по сравнению с режимами, предшествующими (по числу М1г) появлению местных сверхзвуковых областей, которые даже больше по сравнению с зоной с несколько большими числами Мм, когда с ростом числа Ми за решеткой происходит выравнивание давлений в поперечных сечениях в горле решетки и вблизи него (см. рис. 2.17). При М!, > 1,15 -И ,2 эта неравномерность уменьшается и коэффициент потерь определяется другими факторами, рассматриваемыми ниже.

При сверхзвуковом потоке па выходе из решетки в ее минимальном сечении (горле О) давление равно критическому и к выходной кромке подходит сверхзвуковой поток. Обтекание выходной кромки со стороны спинки профиля (стороны разрежения) аналогично обтеканию вогнутого угла, в результате которого появляется скачок уплотнения К^ (рис. 2.24. а), называемый внешним кромочным скачком, поскольку он располагается вне решетки. Обтекание этой же кромки со стороны давления профиля аналогично обтеканию выпуклого угла, в результате чего возникает волна разрежения Е{.

В реальной турбинной решетке к поверхности профиля примыкает пограничный слой, а за выходными кромками имеется вихревой кромочный след N1 причем давление непосредственно за кромками, называемое закромоч-ным, обычно несколько ниже давления на срезе решетки. В кромочном следе со стороны спинки профиля из-за деформации следа и выпуклой в этом месте его границы вслед за волной разрежения А, появляется волна сжатия Я (см. утрированную схему на рис. 2.24, а). Как огибающий волну сжатия возникает скачок уплотнения К2, начинающийся на некотором расстоянии за выходной кромкой решетки и называемый внутренним кромочным скачком.

Волна разрежения Е{ отражается от спинки соседнего профиля волной разрежения Е2, а первичный скачок уплотения К2- скачком уплотнения Къ.

Таким образом, область протекания пара через суживающуюся решетку при сверхзвуковых скоростях потока на выходе (М( > 1) можно разделить на несколько зон. Зона 1 от входа в решетку до минимального сечения А В, где давление падает до критического; зона //, ограниченная линией горла Л Я, участком спинки профиля НО и скачком уплотнения К2, где давление постепенно уменьшается. При пересечении линии скачка К2 давление скачком возрастает, а далее в зоне /// в системе отраженной волны разрежения Е2 постепенно понижается, при пересечении линий К2 и К давление возрастает.

Все рассмотренные выше скачки уплотнения косые, причем изменение параметров потока в них, гак же как и в волнах Ех и /Г2, зависит от закромочного давления и конфигурации спинки профиля в косом срезе, а также угла ее направления. С увеличением скорости потока за решеткой М, фронт скачка К2 поворачивается по потоку и точка падения скачка на спинку соседнего профиля сметается к выходной кромке. При определенной для данной решетки величине М, местом падения скачка К2 становится выходная кромка. При еще большем значении скорости М! внутри решетки нет скачков уплотнения и вся область косого среза занята системой первичной и отраженной волн разрежения Е Ег. Первичный скачок К2 оказывается внешним скачком (рис. 2.24, о) и пересекает линию другого внешнего скачка К{.

Естественно, что в реальном потоке первичный скачок, падая на спинку профиля, взаимодействует с пограничным слоем. Это взаимодействие зависит от режима слоя и интенсивности скачка. Если до точки падения скачка слой ламинарный, что при благоприятных условиях входа, как правило, соответствует режимам течения в сопловых и реактивных рабочих решетках, то после точки О (рис. 2.24, а) происходит турбулизация слоя, вызванная большими положительными градиентами давления в этой точке.

В некоторых случаях при значительной интенсивности первичного скачка К2 наблюдается локальный отрыв пограничного слоя. Как правило, отрыв возникает при больших скоростях потока и перемещении скачка К2 в зону выходной кромки.

Турбулизация слоя и особенно его отрыв, вызванный взаимодействием со скачками уплотнения, приводят к увеличению потерь энергии при обтекании решеток. Это увеличение потерь обычно оказывается существенно большим, чем потери энергии в самих скачках, которые при числах Мь характерных для турбин, из-за малого угла косого скачка (3^ невелики (см. рис. 2.22).

  при

трансзвуковых режимах. Можно спинку профиля выполнить так, чтобы после горла она была вогнутой, а затем имела небольшой (3 — 5°) выпуклый угол излома, после которого до выходной кромки оставалась бы прямой (см. рис. 2.8, г).

В точке излома возникает волна разрежения /:3 (рис. 2.24, в), и после нее из-за отрицательного градиента давления турбулентный перед изломом

пограничный слой ламипишруется и потери энергии оказываются умеренными. При обтекании таких решсюк ипг; И уме гея сличить потери энергии вплоть до М = 1.5-г 1.6.

Па рие. 2.25 представлены результаты опытов с суживающимися решетками. проведенных в широком диапазоне изменения чисел М. В зависимости от режима течения следует выбирать ют пли иной тип решетки.