Specificity of the Selection of Geometric Angles of Entry and the Angles of Incidence while Solving the Problems of the Optimal Design of Axial Turbines

Abstract

Выполнено исследование влияния геометрического угла входа рабочих решеток и угла натекания потока на эффективность активных решеток. Обоснована необходимость включения геометрического угла входа в число оптимизируемых параметров при оптимальном проектировании проточной части осевых турбин. Приведены графики зависимости коэффициента скорости от угла натекания потока при различных геометрических углах входа. Ключевые слова: оптимизационная задача, активная корневая рабочая решетка, геометрический угол входа рабочих решеток, угол установки, угол атаки, конфузорность канала. Введение Традиционно, при проектировании проточных частей (ПЧ) осевых турбин и выборе геометрических углов входа рабочих решёток  1г придерживаются подхода, основанном на минимизации угла атаки (i =  1г- 1), а следовательно и минимизации дополнительных потерь энергии в решётке от удара натекающего потока. Реализация такой постановки обеспечивает в идеальном случае безударное натекание потока рабочего тела на рабочие лопатки. Вместе с тем, по разным причинам обеспечить безударное натекание потока по всей длине рабочих лопаток, особенно в ступенях ЦНД, не представляется возможным. В большей степени это касается прикорневых участков рабочих лопаток, где, как правило, наблюдается удар в «животик» с относительно малыми значениями углов натекания рабочего тела β 1 (25-37). Таким образом, стремясь уменьшить отрицательный эффект от удара, проектировщики вынуждены применять активные профили с соответствующими углами установки, что приводит, на сколько это возможно, к уменьшению угла атаки, а следовательно и к уменьшению дополнительных потерь энергии от удара. Решив данную проблему подобным образом, считается, что рабочая решетка (лопатка) спроектирована наилучшим (оптимальным) образом, как с точки зрения минимизации уровня дополнительных потерь энергии от удара натекающего потока, так и сточки зрения ее максимальной эффективности. Постановка задачи Вместе с тем, наши многочисленные исследования в области оптимального проектирования ПЧ осевых турбин [1] позволили выявить некоторые интересные особенности, связанные с выбором оптимальных значений  1г рабочих решёток для различных углов натекания  1 , особенно в прикорневой области лопаток. Безусловно, включение параметра  1г в список оптимизируемых, в первую очередь, требует наличия достоверной методики оценки потерь энергии в турбинных решетках, в том числе и дополнительных потерь от удара. Следует отметить, что при решении многочисленных оптимизационных задач проектирования ПЧ осевых турбин нами используется модифицированная методика оценки эффективности турбинных решёток [2], структура которой основана на зависимостях методики Крейга и Кокса [3].