Ảnh hưởng của bước trong dãy cánh xung lực lớn hơn là do hình dạng của rãnh thay đổi nhiều hơn khi thay đổi bước t Ảnh hưởng của góc quặt của dòng trong dãy cánh Tổn thất năng lượng ph
Trang 1bị hãm), làm tăng nhanh tổn thất prôfin Ảnh hưởng của bước trong dãy cánh xung lực lớn hơn là do hình dạng của rãnh thay đổi nhiều hơn khi thay đổi bước t
Ảnh hưởng của góc quặt của dòng trong dãy cánh
Tổn thất năng lượng phụ thuộc vào góc quặt của dòng trong dãy cánh, tức là phụ thuộc vào giá trị của :
∆β = 180o - ( β1K + β2E ) đối với dãy cánh động và ∆α = 180o - (αoK + α1E ) đối với dãy ống phun
Với góc quặt lớn, tương ứng với góc α1 và β2 bé thì độ dài của miền cắt vát trong rãnh và bề dày tương ứng của mép ra ∆/0 sẽ tăng lên (kích thước của cổ giảm) Độ dài của miền cắt vát lớn sẽ tạo điều kiện tăng bề dày lớp biên trên lưng, tương ứng là tăng tổn thất ma sát ζms Bề dày tương đối với mép lớn - tăng tổn thất mép ra ζmr Trong các dãy ống phun với α1E < 8 ÷10o tổn thất năng lượng cao hơn nhiều
so với α1E = 13 ÷18o , và dãy cánh với α1E < 8ohầu như không được sử dụng trong tuốc bin Nếu góc ra quá lớn α1E > 30o, khi thiết kế khó lòng đảm bảo độ nhỏ dần trên toàn chiều dài của rãnh và do đó có thể tăng lên
Ảnh hưởng của góc đặt prôfin (βy)
Ảnh hưởng của góc đặt prôfin αy (βy) đã được nghiên cứu với các góc vào khác nhau và bước t thay đổi Bước tối ưu phụ thuộc vào góc đặt và khi giảm góc đặt bước tương đối t sẽ tăng Rõ ràng là, cùng một prôfin có thể sử dụng cho các điều kiện chảy khác Sự thay đổi góc ra (α1E hoặc β2E) có thể thực hiện được bằng cách thay đổi t hoặc αy (βy)
Ảnh hưởng góc vào của dòng
Khi thay đổi góc vào αo (β1) trong dãy cánh với kích thước đã cho sẽ làm thay đổi sự phân phối áp suất theo prôfin, tính chất và bề dày của lớp biên cũng như vị trí đứt dòng, nghĩa là tổn thất prôfin sẽ thay đổi Kinh nghiệm thấy rằng, đối với từng dãy cánh (đối với mỗi chế độ: M,Re ) sẽ có một góc vào tối ưu β1opt với tổn thất prôfin bé nhất ζprmin Bình thường góc ấy lớn hơn góc cốt β1k (khi β1k < 90o)
β1opt = β1k + ( 3 ÷ 6)o Nếu góc vào bé hơn β1 < β1opt dòng bao ở phần vào lưng prôfin sẽ xấu hơn, có thể xuất hiện đoạn tăng áp, mà trong các dãy cánh xung lực có thể chiếm phần lớn rãnh cánh Với β1 > β1opt ngược lại, sẽ làm cho dòng bao phần bụng kém đi Ảnh hưởng của góc vào tới tổn thất prôfin có thể thấy rõ trên Hình 4.10
Trang 2Trong dãy cánh xung lực ảnh hưởng của góc vào tới tổn thất prôfin mạnh hơn
so với dãy cánh phản lực (ống phun) vì độ nhỏ dần của rãnh bé và thường thì góc β1k không lớn lắm
Có thể đánh giá gần đúng ảnh hưởng của góc vào tới tổn thất prôfin theo công thức :
ζpr = ζprmin + 0,22
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
β β
β β
− β
opt 1 1
E opt
1 1
sin sin
sin ) sin(
Trong đó
ζprmin - tổn thất prôfin bé nhất ứng với góc vào β1opt ;
i = δ = β1 - β1opt - góc ra của dòng
β1opt = β1 + ( 3 ÷ 6o) Khi tính dãy ống phun thì thay β trong (4-15) bằng góc α
Ảnh hưởng của số M ở đầu ra dãy cánh
Ảnh hưởng của số M tới tổn thất prôfin bắt đầu từ lúc M
> 0,4 ÷ 0,6, khi có tác dụng đáng kể của độ chịu nén Khi tăng số M trong dòng dưới âm
do lớp biên có mỏng đi và ít có khả năng bị đứt dòng nên tổn thất prôfin có giảm đi chút ít Khi M > M* do có tổn thất song nên ảnh hưởng nhiều tới tổn thất prôfin (Hình 4.11)
0
0,08
0,04
1
2
ζpr
opt
β1 -β1 o
-α
o
αopt
Hình 4.10 ảnh hưởng của góc vào tới tổn
thất prôfin trong dãy cánh
1- dãy ống phun C-90-15A
2- dãy cánh đông P-30-21A
1
2
0
4
0,6
Hình 4.11 Tổn thất prôfin tuỳ thuộc vào M
2- dãy ống phun C-90-15A (α1E =12 o )
3- dãy cánh động P-30-21A (xung lực)
Trang 3Ảnh hưởng của số R e ở đầu ra dãy cánh khi có tốc độ dưới âm
Chế độ dòng chảy trong lớp biên và tổn thất ma sát trong lớp biên trên prôfin cánh quạt phụ thuộc vào số Re không lớn trong lớp biên có độ chảy tầng; càng tăng số Re chế độ dòng chảy trong lớp biên sẽ chuyển thành chảy rối Đối với bề mặt trơn của cánh khi tăng số Re tổn thất năng lượng sẽ giảm theo định luật = ARe-m , trong đó cường độ giảm tổn thất ở chế độ chảy tầng cao hơn nhiều (m = 0,5)s với lúc ở chế độ chảy rối (m ≈ 0,14 ÷ 0,20) Đối với cánh có bề mặt nhám với Re ≥ 3.105 ÷107 tổn thất năng lượng trong dãy cánh không phụ thuộc vào Re, tức là trong vùng ấy có chế độ dòng chảy tự điều chỉnh
Giới hạn tối thiểu của số Remin của vùng tự điều chỉnh phụ thuộc vào độ nhám tương đối h/b (tỷ số của chiều cao độ nhám h trên cung prôfin b) Đối với cánh trơn thực tế Remin ≈ 107, với h/b ≈ 0,01 Re ≈ 105 Đối với cánh tuốc bin Remin = (3 ÷ 5) 105 Tổn thất năng lượng trong vùng tự điều chỉnh phụ thuộc vào độ nhám tương đối Tùy theo độ nhám tương đối tổn thất ma sát trong dãy cánh tuốc bin có thể đánh giá theo công thức :
Chế độ dòng chảy trong phần lớn các tầng theo số Re thường nằm trong vùng tự điều chỉnh (đối với dãy ống phun cũng như dãy cánh động) Cho nên, để cho các tầng ấy làm việc có hiệu quả thì độ nhám của cánh quạt phải rất bé
Những dãy cánh của các tầng cuối tuốc bin có thể làm việc ở chế độ Re < Remin cho nên khi tính toán các tầng ấy cần lưu ý đến ảnh hưởng của số Re (Hình 4-12)
0
ζpr
1
2
0,08
0,04
Hình 4.12 ảnh hưởng của số Re tới hệ số tổn thất prôfin ζpr
1- đối với dãy cánh động xung lực 2- đối với dãy ống phun
Trang 4Độ rối của dòng Eo cũng có ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy trong lớp biên Khi độ rối của dòng ở đầu vào dãy cánh tăng lên (đều đặc trưng cho qúa trình thực của dòng chảy trong các tầng tuốc bin) tổn thất prôfin tăng lên, bởi vì ngay từ đoạn vào của dãy cánh lớp biên đã bị rối Ví dụ : khi tăng Eo từ 0 đến 10% tổn thất prôfin trong dãy cánh tăng lên 1,5 ÷2 lần Đối với dãy cánh xung lực thì ảnh hưởng còn lớn hơn
2/ Tổn thất đầu cuối (tổn thất ở đầu cuối cánh quạt)
Trong rãnh cánh tuốc bin với chiều cao hữu hạn dòng chảy mang tính chất không gian Ở đây xuất hiện dòng chảy ngang (dòng thứ cấp) làm tăng thêm tổn thất năng lượng Nguyên nhân xuất hiện dòng thứ cấp trong rãnh cánh là vì có độ nhớt của hơi và giadien áp suất ngang do độ cong của rãnh tạo nên
Vì áp suất ở bụng lớn hơn áp suất trên lưng cánh nên trong lớp biên xuất hiện hiện tượng chảy tràn theo các bề mặt giới hạn chiều cao của rãnh từ bụng đến lưng (Hình 4.13)
Trên lưng ở phía các đầu cánh quạt lớp biên chảy từ các vách giới hạn sẽ tương tác với lớp biên chuyển động dọc lưng cánh (lớp biên chính) theo qũy đạo song song với vách giới hạn Do sự tương tác ấy mà lớp biên trên lưng cánh quạt ở gần các đầu cuối
bị phồng ra, bề dày lớp biên tăng lên đáng kể Trên bề mặt lõm phía các đầu cánh áp suất giảm đi chút
ít, còn trên lưng thì tăng lên
Chú ý rằng, thành phần tốc độ của chuyển động ngang (chuyển động thứ cấp trong lớp biên ở phía lưng và ở các vách đầu cánh sẽ khác nhau, tùy thuộc vị trí của tiết diện đang ở trong rãnh Các phần tử hơi nằm gần nhất về phía các đầu cánh và phía trên lưng prôfin có dự trữ động năng ít nhất (tốc độ bé), và dưới tác dụng của gradien áp suất ngang sẽ đi lệch hướng chuyển động chính nhiều nhất, tạo nên thành phần tốc độ ngang Nhờ đó mà trong rãnh cánh sinh ra hai vùng xoáy nằm đối xứng theo chiều cao của dãy cánh phẳng gần với vách giới hạn của rãnh Hơi trong lớp biên chảy tràn từ bụng đến lưng của prôfin lân cận Gần đầu cuối rãnh cánh ta thấy có chuyển động Hình 4.13 Các đường dòng trên vách giới
hạn và trên lưng prôfin ở đầu cánh quạt
Trang 5Sơ đồ tạo thành dòng chảy thứ cấp ở trong rãnh cánh đã được chứng minh bằng thực nghiệm Ảnh về các vết của dòng cho ta thấy rõ ràng dòng chảy trong lớp biên từ vách đầu cuối đến lưng cánh Đặc tính thay đổi hệ số tổn thất năng lượng và góc ra của dòng theo chiều cao của cánh được nên lên trên Hình.4.14
Khi cánh rời các vách đầu cuối lúc đầu tổn thất giảm xuống, sau đó tăng nhanh, rồi tiếp tục giảm đến tiết diện giữa, nơi có tổn thất ứng với tổn thất prôfin
Tổn thất lớn nhất theo chiều cao xuất hiện ở vùng lớp biên phồng lên cũng như ngay ở trên vách giới hạn
Tổn thất các đầu cánh phụ thuộc vào các thông số hình học và chế độ làm việc của dãy cánh Nhưng ảnh hưởng lớn nhất quyết định nhất tới các tổn thất đầu cuối là chiều cao tương đối l= l/b Các thí nghiệm đã chứng minh, cấu trúc của dòng hơi trong rãnh, tức là đại lượng tuyệt đối của tổn thất dầu cuối giữ không đổi, còn tổn thất tương đối thì tăng lên khi giảm chiều cao l xuống đến giới hạn nhất định Với chiều cao bé, khi dòng chảy thứ cấp bị khép kín, không chỉ tổn thất đầu cuối tương đối mà cả giá trị tuyệt đối của nó đều tăng lên Đó là do sự hợp lại của các lớp biên phồng lên và sự tăng cường chuyển động xoáy
Tổn thất đầu cuối được xác định bằng thực nghiệm bằng cách lấy tổn thất toàn phần (tính trung bình theo chiều cao) trừ đi tổn thất prôfin
ζk = ζ - ζpr Chừng nào dòng chảy thứ cấp chưa khép kín, chừng đó tổn thất đầu cuối ζk còn tỷ lệ thuận với đại lượng 1/l = b/l
Để đánh giá gần đúng tổn thất đầu cuối ζk ở trong các dãy cánh dưới âm tùy thuộc vào góc quặt của dòng ∆β = 180o - (β1 + β2E ) ( với β1, β2E , t và M là tối ưu) ta có thể sử dụng đồ thị tổng quát trên Hình 4.15
0,02
0,06
0,04
1,00
0,08
z l
z =
β2
ζ ζ
2
β
21 22 23 24 25
26o
o
Hình 4.14 Sự phân phối hệ số tổn thất và góc ra của
dòng theo chiều cao của dãy cánh phẳng xung lực
