Профилирование колонн статора

Опытные исследования показывают, что оптимальные энергетические показатели турбины достигаются в случае равенства выхода потока из статора и угла входа потока на лопатки направляющего аппарата при его расчетном открытии (рис. 8.6).

Для обеспечения минимальных гидравлических сопротивлений скелет колонны статора должен являться продолжением линии тока потока, формируемого спиральной частью камеры. Раннее было показано, что линии тока в спиральной части, рассчитанной по закону v_U∙r = const, близки к логарифмической спирали и по этому очертанию строится спиральная камера.

Рисунок 8.6. Расположение колонн статора и лопаток направляющего аппарата,

а – расположение в плане, б – картина гладкого обтекания: 1 – колонна статора, 2 – зуб спирали, 3 – лопатка направляющего аппарата.

В случае турбинной камеры с неполным углом охвата, форма колонн, расположенных в открытой части камеры, существенно отли­чается от колонн, находящихся в спиральной части (рис. 8.5). Ко­лонны в спиральной части камеры имеют одинаковую форму и рас­положены равномерно по периметру статора.

Построение профиля колонн, расположенных в открытой части
спиральной камеры. Форма колонн статора и их расположение за­висят от угла охвата спиральной камеры. Для обеспечения осесимметричного потока на входе в направляющий аппарат угол потока δ на выходе из колонн должен быть одинаковым по всему периметру статора.

Угол набегания потока δ_ВХ, на входе в колонны статора различен в зависимости от их расположения в открытой части камеры и обычно задается на основании данных замера потока на входе в статор мо­дельной турбины. В открытой части камеры угол δ сначала умень­шается до нуля, а затем принимает отрицательное значение у зуба спиральной камеры (рис. 8.5). Поэтому форму колонны у зуба выполняют отрицательной кривизны.

Например, для спиральной камеры с углом охвата φ = 225° входные углы колонн 2 и 3 в районе зуба равны δ_ВХ = 70°; колонны 4 – δ_ВХ = 40° (рис. 8.5). Форма колонн в спи­ральной части одинакова.

При отсутствии данных исследования потока в открытой части турбинной камеры можно задаться линейным характером изменения окружной составляющей v_u между точками «А» (входное сечение) и «В» (зуб спирали). При этом составляющие скорости в любой точке потока на входе в статор определяют из выражений:

Где φ₁ – угол, занимаемый открытой частью камеры, φ_i – угол расположения проектируемой колонны. Составляющая v_uВ у зуба спиральной камеры:

v_uВ =,

угол γ = 90^◦ - δ, определяется из треугольника скоростей в точке «В» зуба (рис. 8.6). Составляющая v_uА во входном сечении «А» спиральной камеры:

Определив величины v_r и v_u, вычисляют угол потока на входе в колонну:

При помощи углов потока δ_ВХ и δ_Вых на входе и на выходе из статора строят скелеты колонн, задаваясь например, линейным законом изменения угла от входа до выхода из колонны. Скелеты колонн «одевают» профилем конечной толщины, используя закон распределения толщин или данные колонн изготовленных гидротурбин близких параметров.

Построение профиля колонн статора, расположенных в спираль­ном канале. В качестве скелета профиля принимают отрезок логарифмической спирали, которую строят исходя из условия по­стоянства угла δ между касательной к линии тока и век­тором абсолютной скорости потока в рассматриваемой точке (рис. 8.6). Зная δ, вычисляют угод между радиальным направлением и элементом скелета колонны γ = 90^◦ - (δ + Δ δ), где Δ δ увеличение угла потока в области статора за счет стеснения потока колоннами, Δ δ = 3 ÷ 5°.

Рисунок 8.7 Построение профиля колонны, расположенной в спи­ральной части турбинной камеры

Последовательность построения скелета профиля колонны следующая. При помощи известных радиусов расположения кромок колонны статора r_А и r_Б проводят дуги СВ и AG. Отрезок АС делят на п = 10 равных частей (рис. 8.7), и через точки деления проводят дуги окружностей. Из точки А под углом γ к АС проводят луч AD до пересечения со следующей дугой. Через полученную точку проводят радиус-вектор ОД и к нему луч ДЕ под углом γ. Построение продолжают до получения точки пересечения соответствующего луча с дугой СВ. Точки пересечения Д, Е и т. д. соединяют плавной кривой, которая является скелетом профиля колонны.

Для построе­ния профиля конечной толщины принимают закон распределения толщин, используемый в практике проектирования колонн статора:

lX	(%)
sX	(%)	80,8	94,5	92,5		99,5	92,9	83,0	69,2	55,5	40,0

Очертания входной и выходной кромок колонны выполняют ра­диусами r_ВХ = (0,27 ÷ 0,3) s_MAX и r_ВЫХ = (0,4 ÷ 0,5) r_ВХ. Поло­жение колонны в статоре фиксируется углом α между внешней хор­дой колонны и радиальным направлением.

Выходные элементы у всех колонн статора одинаковы. Это несколько увеличивает потери в статоре, но улучшает общий баланс потерь в гидротурбине.

Дата добавления: 2014-01-07