книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства
.pdfгде Faxи F BbIX - площади входного и выходного сечений, м;
Ай,ф. осев “ Длина диффузора, м. Максимальные углы наклона проточной части
канала обычно реализованы у авиационных кон струкций с их жесткими требованиями к массе (например, в GE90, GP7200 между ТВД и ТНД).
Количество лопаток выбирается из условия обеспечения близкой к максимальной аэродина мической нагрузки венцов по числу (коэффициен ту) Цвайфеля [8.2.8] за счет варьирования числа и осевой хорды лопаток. Увеличение коэффици ента Цвайфеля выше оптимального значения (около 0,8) вызвано желанием уменьшить количе ство лопаток - уменьшить стоимость турбины.
Увеличение числа Цвайфеля выше 0,8 (при сохранении уровня проектирования 2Б-аэроди- намики решеток) приводит к монотонному уве личению потерь. И это неоднократно показано экспериментально. Однако современные методы оптимизации аэродинамики профилей в 2D-no- становке позволяют минимизировать количество лопаток при сохранении или приемлемом увели чении уровня потерь. Поэтому окончательно ко личество лопаток выбирается и оптимизируется в 2D/3D-nocTaHOBKe. При проектировании на среднем диаметре целесообразно выбрать коли чество лопаток, исходя из числа Цвайфеля на уровне 0,9.
Самая важная в настоящее время характеристи ка турбины, на которую влияет выбор количества лопаток, это себестоимость турбины и стоимость ее ремонта. Если габариты проточной части опо средованным образом (через массу и диаметр заго товок) влияли на себестоимость, то количество ло паток влияет на нее прямо. В современных про граммах развития новой технологии для ТНД (например, европейская программа ANTLE) [8.2.5] предполагается снижение массы и себестоимости на 25 % при сохранении характеристик.
Масса является в большей части ограничени ем, чем оптимизируемым параметром. Ограниче ние по массе турбины может быть как опреде ляющим (например, для авиационных конструк ций), так и сравнительно мягким (например, для наземной установки, где минимизация массы важна для минимизации стоимости и улучшения транспортабельности двигателя).
Масса турбины на этапе выбора проточной части может быть оценена приближенно в зави симости от частоты вращения и диаметра про точной части:
М=
где Dcp - средний диаметр, м; Ucp - окружная скорость, м/с;
8.2. Аэродинамическое проектирование турбины
N- количество ступеней;
-эмпирический коэффициент. Эмпирический коэффициент в этой формуле
отражает конструктивные особенности турбины. Для одноступенчатой ТВД Е3 Pratt&Whitney [8.2.9] этот коэффициент составляет 15,9, для двухступенчатой Е3 GE [8.2.10] - 12,6. Для ТНД этих же двигателей соответствующие коэффици енты составили 7,3 и 8,1.
На более поздних стадиях проектирования для вычисления массы используются геометрические пространственные модели лопаток, дисков и кор пусов. Однако возможности управления массой на этих стадиях достаточно ограничены.
На основе спроектированной одномерной аэ родинамики проточной части и предварительно го распределения параметров по длине лопаток строится одномерная модель теплового состоя ния и газовых нагрузок. Эта модель построена на предыдущем опыте экспериментального иссле дования теплового состояния турбин, проектных традициях и накопленной базе эксперименталь ных и литературных данных. Полученные сред ние температуры рабочих лопаток и дисков явля ются базовыми:
-для определения необходимых прочност ных характеристик (площадей сечений и момен тов инерции) проектируемых профилей лопа ток - из условия обеспечения необходимого часового и циклического ресурса, а также дина мической прочности;
-проектирования замковых соединений.
8.2.3. Одномерное моделирование потерь в лопаточном венце
Коэффициенты потерь в турбинной решетке могут быть определены как отношение действи тельного приращения кинетической энергии в решетке к тому приращению, которое имело бы место при идеальном (изоэнтропическом) рас ширении потока до статического давления за ре шеткой (Q - общепринятый в российской прак тике подход; или как потери полного давления, отнесенные к скоростному напору на выходе из решетки (У) - типичная зарубежная практика.
Использование того или иного коэффициента объясняется традициями, но существуют и тео ретические исследования [8.2.11], доказываю щие преимущества £ при расчете турбин с транс звуковым уровнем скоростей в решетках.
Формулы для приближенного и точного пере счета коэффициентов даны в [8.2.8]. Приближен ный пересчет может быть сделан по формуле
С = 1/[1+ Г /(1+ Ш 2/2)],
191
Глава S. Турбины ГТД
где к - показатель адиабаты; Л/ - число Маха.
Одномерные модели потерь базируются на эм пирических соотношениях, полученных при про дувке плоских решеток профилей и испытаниях турбинных ступеней. Моделей такого типа опуб ликовано достаточно много, но фактически лишь две (из опубликованных в открытой литературе) нашли систематическое применение. Это модели Кэкера-Окапу (модель Эйнли-Метьюсона с мо дернизациями Дангема-Кэйма и Кэкера-Окапу) [8.2.12] и Мухтарова-Кричакина [8.2.13].
Модель Мухтарова-Кричакина впервые опуб ликована в 1969 г. В ней использованы результа ты экспериментальных исследований турбинных решеток в ЦИАМ. Результаты продувок плоских решеток в широком диапазоне скоростей и углов атаки обобщены в виде эмпирических зависимо стей для профильных и вторичных потерь в зави симости от геометрических параметров решетки и режимных параметров потока. Модель являет ся полной и может быть использована как для проектировочного, так и для поверочного расче тов (расчета параметров турбины на нерасчетном режиме). В поверочном расчете дополнительно необходимы зависимости для потерь в решетке с изменением угла атаки на входе и приведенной скорости на выходе.
К недостаткам модели Мухтарова можно от нести отсутствие прямого учета влияния конфузорности решетки на профильные и вторичные потери. Главным недостатком является то, что она представляет собой в чистом виде решеточ ную модель, не использующую каких-либо кор ректировок по результатам испытания модель ных или натурных турбин.
Модель Кэкера-Окапу (Kacker-Okapuu) представляет собой результат достаточно дол гой эволюции метода Эйнли-Метьюсона (Ain- ley-Mathieson), опубликованного еще в 1951 г. Этот метод тоже основан на определении потерь по результатам продувки плоских решеток, но при модификациях этого метода использова лись результаты испытаний модельных и натур ных ступеней (в модификации Дангема-Кэйма (Dunham-Came) - 25 турбин; в модификации Кэкера-Окапу - 34 турбины). Кэкер и Окапу прямо использовали согласование результатов расчета КПД и результатов испытаний турбин для увязки коэффициентов пропорционально сти в формуле для вторичных потерь. Таким об разом, их модель лишена упомянутых выше не достатков модели Мухтарова, но диапазон ее использования ограничен, так как в ней отсутст вуют зависимости для потерь с углом атаки и скорости за решеткой.
Идентификация модели Мухтарова по резуль татам испытаний конкретных турбин показала, что она в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность аналитического определе ния характеристик турбин - особенно турбин низкого давления и силовых турбин (т.е. турбин с относительно низкой степенью расширения в одной ступени). В частности, моделирование характеристик ТНД Е3 GE [8.2.14] показало бо лее чем удовлетворительные результаты по при веденному расходу через турбину и хорошее сов падение изменения КПД (за исключением крайне малых степеней расширения).
К целесообразным модификациям модели Мухтарова можно отнести:
-использование расчета влияния угла атаки по методу работы [8.2.15] (Pratt&Whitney Canada);
-разделение потерь в каждой решетке на два вида потерь - потери до горлового сечения (ис пользуемые для расчета приведенного расхода газа через решетку) и суммарные потери - для расчета КПД.
8.2.4.2В/ЗВ-моделирование невязкого потока в проточной части турбины
Численное моделирование должно обеспе чить надежное определение и контроль распре деления степени расширения потока по ступеням и венцам, распределения скоростей потока в про точной части лопаточных венцов, а также уровня потерь энергии в лопаточных венцах. Численное моделирование аэродинамики осуществляется с помощью решения систем уравнений, описы вающих сжимаемый дозвуковой и трансзвуковой поток в каждой из ячеек сетки (рис. 8.41), на ко торую разбивается вся область проточной части. Уравнения Эйлера используются для описания идеального (невязкого), а уравнения Навье-Сто- кса - вязкого потока.
Как показывает практика, наиболее важные для проектирования характеристики реального потока (распределение статического давления
восевых зазорах проточной части, распределе ние скорости по обводам профилей, распределе ние угла выхода потока из венцов) с достаточ ной степенью точности могут рассчитываться
впредположении стационарности и «невязкости» потока, т.е. с использованием уравнений Эйлера. В решения с использованием уравнений Эйлера могут быть искусственно введены поте ри энергии для моделирования «эффектов» вяз кости, т.е. приближения к характеристикам ре ального потока.
Моделирование с использованием уравнений Навье-Стокса позволяет получить такие важные
192
Глава 8. Турбины ГТД
pv
pwv
G = G (U ) = pv2 + р
pvw
(e + p )v
pw
puw
я = я (г/)= pvw
p w 2+ p (e + p )w
уm
YmVи + / „
h = уmVv + f v + p + p(w + ay)2
ymV„, + /„. - pv(w + 2ay)
YniHf + q + (02y2pv
Tji,efu, f v9f v -компоненты вектора диссипатив ных сил, с помощью которых моде лируются эффекты вязких потерь;
р- плотность;
и, v, w - осевая, радиальная и угловая ком поненты вектора скорости;
р |
- статическое давление; |
е |
- полная энергия на единицу объема; |
со |
- угловая скорость вращения относи |
|
тельной системы отсчета, в которой |
рассматривается течение.
К этим уравнениям добавляются уравнения состояния:
p = rRT,
e = r[s + (u2 + v2 + w2)/2 j,
т
е = s(T) = JCY{x)dx + const.
To
Для численного решения системы дифферен циальных уравнений в частных производных ис пользуется неявная монотонная разностная схе ма, имеющая 2-й (в некоторых случаях даже 3-й) порядок точности по пространству. Схема явля ется развитием схемы С.К. Годунова и использу ет процедуру распада произвольного разрыва [8.2.17]. Стационарные решения задачи получа ются установлением по времени. Использование неявного оператора, его обращение с помощью
скалярных трехточечных прогонок, использова ние переменного шага интегрирования по време ни и другие приемы позволяют существенно сократить затраты машинного времени для полу чения решения.
В результате расчета может быть получена информацию как по отдельным венцам, (распре деление по высоте проточной части полных и статических давлений, углов и скоростей пото ка в осевых зазорах проточной части), так и по всей турбине в целом (расходы газа, мощности, степени расширения, КПД).
Кроме этого, строятся графики распределения адиабатической приведенной скорости А.ад по длине профиля в трех сечениях: корневом, сред нем и периферийном, или в любом сечении по высоте лопатки.
Для моделирования аэродинамических по терь в правую часть системы уравнений Эйлера добавляется вектор диссипативных сил (F), в приближенном виде учитывающий вязкие эф фекты в потоке и потери от смешения потока газа с охлаждающим воздухом. Для каждого венца за даются коэффициенты суммарных, вторичных и кромочных потерь, которые являются основой для создания вектора диссипативных сил.
Моделирование потерь в программе прово дится с помощью диссипативных сил, вводимых из условия кусочного постоянства коэффициен тов трения на отдельных участках твердых по верхностей, величины этих коэффициентов (всегда положительные) определяются из задан ных суммарных потерь. При этом автоматиче ски генерируются вторичные течения, особенно хорошо заметные при использовании густых се ток.
При выдуве охлаждающего воздуха в проточ ную часть скорость воздуха в месте выдува пред полагается равной местной скорости газа. Это сделано для того, чтобы исключить трудно кон тролируемые потери смешения, образующиеся в противном случае автоматически, поэтому по тери смешения явно включаются в суммарные потери.
Перетекания в радиальном зазоре бандажированных лопаток явно не моделируются, поэтому потери в радиальном зазоре вводятся в суммар ные потери и задается уровень перетекания газа мимо лопаточного венца.
Задаваемые потери могут быть получены на промежуточном этапе в 2Б/ЗБ-Навье-Стоксе или сгенерированы в самой модели посредством предложенного Дентоном подхода «распреде ленных сил трения на поверхности лопаток».
Модель ЗБ-Эйлера для многоступенчатой турбины позволяет:
194
-получать распределение степени расшире ния между ступенями и венцами (т.е. распределе ние удельной работы и реактивности);
-оценивать венцы по характеристикам их обтекания (распределению адиабатической при веденной скорости или статического давления по профилям);
-определять граничные условия для каждого венца в турбине (необходимые для проектирова ния).
Автоматическое определение граничных ус ловий является главным преимуществом много ступенчатой модели Эйлера.
Современные ЗБ-модели по уравнениям Эй лера имеют преимущество высокой эффектив ности с точки зрения соотношения трудоемко сти и надежности получаемых результатов. Именно поэтому они являются в настоящее вре мя общепринятым инструментом проектирова ния. Эта эффективность обеспечена возможно стью получения полной картины течения и гра ничных условий в проточной части для каждого венца:
-за приемлемое время (десятки минут);
-в наиболее полной геометрической поста
новке - с включением в модель всех ступеней
иустройств на входе и выходе (см. рис. 8.41);
-с достаточной (проверенной эксперимен
том) точностью; - с высокой надежностью получения резуль
тата (модель Эйлера обычно имеет хорошую схо димость).
Идентификация по эксперименту на полно размерной турбине является необходимой предпосылкой для эффективного использова ния моделей ЗБ-Эйлера. Идентификация долж на быть выполнена по измерениям статическо го давления в осевых зазорах проточной части турбины.
Моделирование невязкого 2Б-потока в тур бинной решетке по уравнениям Эйлера достаточ но надежно может проводиться несколькими ме тодами. В том числе методом Годунова-Колгана [8.2.16], неявным методом Годунова или мето дом TVD [8.2.17] (последний является наиболее надежным и быстродействующим).
Следует отметить, что моделирование на этом уровне является, как правило, промежуточным этапом в процессе проектирования и использует ся для предварительного анализа аэродинамиче ского качества вновь полученной лопаточной ре шетки.
Идентификация модели 2Б-Эйлера является обязательной частью ее использования, хотя уже достаточно давно этот уровень численного ана лиза достиг высокой степени надежности.
8.2. Аэродинамическое проектирование турбины
8.2.5.2Б/ЗБ-моделирование вязкого потока в турбине
Задача расчета стационарного вязкого тече ния в плоской решетке турбомашины решается в рамках двумерных уравнений Навье-Стокса, замкнутых двухпараметрической (q - w) моде лью турбулентности [8.2.17]. Численное интег рирование системы уравнений осуществляется неявной монотонной схемой Годунова 2-го по рядка точности. Стационарное решение находит ся методом установления по времени. Для расче та используется составная сетка типа 0-Н.
Осредненные по Рейнольдсу двумерные урав нения Навье-Стокса в декартовой системе коор динат (х,у) записываются в виде:
dt дх ду
F= F ,-F v,
G= Gt —Gv,
рри
ри |
ри'+р |
pv , |
F, = РU V |
и = |
|
е(е+р)и
pv |
0 |
0 |
|
puv |
F - |
± |
G = — T ir |
|
|
pv2+p ’ |
||||
|
1 |
Re T- ’ v Re |
|
||
|
(e+p)v |
|
|
4 |
4 |
|
4 г = » « х .+ '% .+ М Р г " 1Гс, |
|
|||
|
Ау =их„. +vx„ + ц Р г ''Г ,, |
|
|||
|
= (^ + 2|i)“, +Ъ>}„ |
|
|||
|
х!У=(Х + 2]х) у}. +Хих, |
|
|||
|
V |
= К v* + “ .•)> |
|
||
|
е = р(и2 + v i y 2 |
+ p/(y- l), |
|
||
|
р = р г (у- 1 ) / у. |
|
|||
где / |
- время; |
|
|
|
|
r |
- плотность; |
|
|
||
P |
- давление; |
|
|
|
|
T |
- температура; |
|
|
||
u, v |
- физические |
компоненты |
относи |
тельной скорости на оси X, У\
Р1 ИЦ, - коэффициенты молекулярной и тур булентной вязкости;
195
Глава 8. Турбины ГТД
X =—(2/3)|LL; Р г, = 0,72; Рг, = 0,9;
g |
- показатель адиабаты; |
Re |
- число Рейнольдса. |
Вышеприведенная система записана в безраз мерной форме: компоненты вектора скорости от несены к характерной величине Vm; плотность - к р^; давление и полная энергия - к величине rx V£ , температура к V* /ср (ср- удельная тепло емкость при постоянном давлении), линейные размеры - к характерной длине LV^ .
Для вычисления коэффициента вихревой вяз кости р, применяется двухпараметрическая (q - со) модель турбулентности, величины q, со связа ны с кинетической энергией турбулентности к и скоростью диссипации е: # = & , w = е/к. В без размерной форме (q отнесено к F со к VJLJ система уравнений (q - со) модели в декартовой системе координат имеет вид:
dQ +
/>
dt дх
е
q = -Jk, со = —
к
рч <2 = рсо’
F, =F,, ~FK,
G , = G , - G k,
F,, = рqu ,Gtl = pqv
рсон pcov
■Re"
|
Р Ш®х |
G, = Re' I |
' |
0,5pg C j./P /o ) - |d iv H -CO
S ,=
2 XT
СЛС P -- d iv K —со—C2co
divF = ux + v„,
P, =Р / + P ,lPrq,
р ш= p , +li,/Pra
p= (Сцpfq2 / o ) Re>
/= 1 - exp(- Reapqn/ц ,),
Р = 2игх + ( V, + M, ) 2 + 2 v J - |( d i v F ) \
C = 0,09, C,= 0,045 + 0,405/ C2= 0,92,
a= 0,0065, Pr q= 1,Ргш= 1,3.
При расчете течения в плоской решетке про филей граничные условия для систем уравнений ставились следующим образом. На поверхности профиля для компонент скорости ставились условия прилипания и = v = 0. Стенка предпола галась адиабатической dTIdn = 0, где п - нормаль. Для турбулентных величин q = dw/dn = 0. На вход ной границе для основной системы фиксирова лись значения полного давления, полной темпе ратуры и угол обтекания решетки. Четвертый необходимый параметр доопределялся из расчет ной области по характеристическим соотноше ниям.
Для системы уравнений по модели турбулент ности на входной границе фиксировались значе ния q^, (от. На выходной границе задавалось зна чение статического давления, для остальных ве личин применялась экстраполяция нулевого порядка. На линиях периодичности вычисли тельной сетки на все искомые функции наклады вались условия периодичности.
При расчете течения в плоской решетке про филей в качестве рда, Vmвыбираются критические значения плотности и скорости - р*, а*; величина Ао=1(Г3м.
Численный метод основывается на неявной монотонной схеме Годунова второго порядка точности.
Общие проблемы применения моделей Навье-Стокса
Расчет вязкого течения по уравнениям На вье-Стокса в принципе позволяет решить все ос новные задачи проектирования (оценивать рас пределение скоростей и уровень потерь в лопа точных венцах), а также определять области отрыва потока в проточной части турбины.
Однако использование моделей Навье-Сто кса в качестве рабочих инструментов проектиро вания встречает ряд трудностей:
- достаточно длительное время расчета, даже при использовании компьютерной сети. Пробле ма оперативности наиболее серьезна для модели рования всей турбины и моделирования течения в венце (ЗБ-Навье-Стокс) по TascFlow. Время
196
имеет большое значение для использования мо дели в качестве рабочего инструмента в практике проектирования;
-точность расчета (по крайней мере, в дос тупных на рынке коммерческих моделях) не мо жет быть гарантирована для всех частных случа ев. Только используемых моделей турбулентно сти (необходимых для замыкания осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса) извест но свыше десятка. Пока нет оснований ожидать появления единой модели турбулентности, по зволяющей одинаково надежно проводить расче ты во всем диапазоне рабочих условий;
-надежность получения результата недоста точно высока. Проблема устойчивости расчета иногда вынуждает использовать не ту схему при менения, которая дает наилучшие результаты при идентификации, а ту, что позволяет достичь сходимости расчета, чтобы получить хоть ка кой-то результат.
Но наиболее важной проблемой является идентификация. На рынке математического обеспечения предлагается целый ряд коммерче ских программных пакетов (TascFlow, Fluent, Star-CD и другие). Каждый из этих пакетов имеет несколько схем расчета и возможность примене ния нескольких моделей турбулентности. Это ес тественное следствие универсальности коммер ческих пакетов, которые обычно не проходят достаточной верификации по эксперименталь ным данным из-за отсутствия таковых у фирмразработчиков. Поэтому идентификация являет ся обязательным условием применения моделей по уравнениям Навье-Стокса.
Идентификации расчетных моделей для кон кретных условий работы турбинной решетки или венца заключается в настройке параметров сет ки, выборе схемы расчета и модели турбулентно сти, которые обеспечивают наилучшее согласо вание с имеющимся экспериментом. При этом эксперимент должен быть проведен для лопаточ ных решеток или венцов с похожими параметра ми в необходимом для конкретной задачи диапа зоне рабочих условий (например, в трансзвуко вой области).
По сообщению [8.2.19] некоторые ведущие разработчики двигателей (Pratt&Whitney, RollsRoyce) выбрали одну из простых моделей - мо дель Болдуина-Ломакса - которая наиболее удоб на для настройки с использованием эксперимен тальных баз, которыми они располагают.
При отсутствии собственной эксперименталь ной базы по аэродинамике решеток и венцов не обходимо использовать для идентификации при обретаемых моделей наиболее надежные из опубликованных экспериментальных данных.
8.2. Аэродинамическое проектирование турбины
Идентификация 2В-моделей Навье-Стокса для вязкого потока
2Б-моделирование вязкого потока в лопаточ ной решетке с использованием уравнений На вье-Стокса позволяет определить важнейшие ха рактеристики лопаточной решетки - распределе ние скорости по профилю и профильные потери энергии. Такое моделирование наиболее часто применяется в процессе профилирования для оп ределения уровня потерь и характеристик спро ектированной решетки.
Идентификация применяемой модели должна показать ее достоверность:
-по уровню и изменению потерь с изменени ем числа Маха за решеткой;
-по сравнительному анализу потерь в близ ких по геометрии решетках;
-по изменению потерь с изменением угла потока на входе (угла атаки).
Последняя характеристика особенно важна для дозвуковых (работающих при числе Маха 0,5.. .0,8) решеток турбин низкого давления и си ловых турбин, которые работают в условиях дос таточно значительного изменения угла атаки.
Нарис. 8.42 показано сравнение расчета и экс перимента для одной дозвуковой решетки ТНД по углу атаки и для двух дозвуковых решеток по числу Маха за решеткой. В обоих случаях ре зультаты сравнения можно считать очень хоро шими - правильно отражено влияние угла атаки, числа Маха за решеткой и влияние геометрии профиля на уровень потерь энергии. Можно сде лать вывод, что рассматриваемая модель вполне пригодна для анализа характеристик дозвуковых лопаточных решеток.
На рис. 8.43 показано сравнение результатов моделирования потерь по числу Маха для транс звуковой решетки ТВД по двум моделям вязкого потока, использующим уравнения Навье-Сто кса. Результаты для обеих моделей можно счи тать в общем удовлетворительными, однако мо дель А имеет лучшие результаты в области чисел Маха до 1,1, а модель Б - в области 1,2.. .1,4.
ЗВ-моделирование вязкого потока
ЗБ-моделирование вязкого потока с использо ванием уравнений Навье-Стокса позволяет сразу решить основные задачи анализа геометрии про точной части для многоступенчатой турбины: найти распределение скоростей для основных се чений каждого венца, потери энергии в каждом венце и граничные условия для каждого венца. Расчет многоступенчатой турбины в полной по становке позволяет автоматически определять граничные условия для каждого венца.
197
Глава 8. Турбины ГТД
г(и)=г0(1 - к ) 5 + 5r,w(l —м)4 +
+ |
10/2W2 (1 — м) 3 + 1 Or3 W3 (1 — м)2 +, |
+ 5/4н4(1 —и) +г5и5 |
|
где и |
- параметр {и = [0; 1]); |
го, /*,, г2 , г3, г4, 7 5 -векторы узлов образую |
|
|
щего многогранника. |
Рациональная кривая проходит через крайние |
|
вершины |
образующего многогранника, каса |
тельно к его боковым граням. |
|
Данный |
метод профилирования турбинных |
решеток основан на описании корытца и спинки по отдельным участкам рациональными пара метрическими кривыми пятого степени с соблю дением непрерывности 1-й и 2-й производной в точках сопряжения.
Корытце профиля описывается одним сег ментом рациональной кривой пятой степени. Спинка профиля - двумя сегментами кривой пя той степени: сегмент 1 - участок спинки от точ
ки сопряжения спинки с входной кромкой до точки горла на спинке; сегмент 2 - от точки гор ла на спинке до точки сопряжения спинки с вы ходной кромкой.
Входная и выходная кромки профиля описы ваются сегментами пятой степени. В первом при ближении они соответствуют окружностям за данного диаметра. В дальнейшем, при профили ровании входная кромка может иметь любую форму.
Базирующаяся на использовании кривых Бе зье система проектирования позволяет оптими зировать форму профиля на двух уровнях.
На первом уровне задаются основные геометри ческие характеристики профиля (рис. 8.45), кото рые и позволяют построить профиль кривыми Безье. При этом часть указанных на рис. 8.45 пара метров фактически предопределена предваритель ным (одномерным) проектированием турбины (это rfl, dl, В, t, Р^). Однако в ходе дальнейшего проек тирования они тоже могут быть изменены - если окажется, что это необходимо для получения эф-
d\ |
- диаметр входной кромки |
dl |
- диаметр выходной кромки |
С„ |
- максимальная толщина |
В- осевая хорда
L |
- хорда |
t |
-шаг |
PIK |
- конструктивный угол входа |
Ргк |
- конструктивный угол выхода |
р2е |
- эффективный угол выхода |
W1 - угол заострения на входе |
|
W2 - угол заострения на выходе |
|
у |
- угол установки |
5 |
- угол отгиба |
Рис. 8.45. Основные геометрические характеристики, необходимые для построения решетки
турбинных профилей (первый уровень проектирования профиля)
200