不同進汽度情況下的動葉片性能
各種部分進汽情況下葉片總體性能分析
表1中給 出 了 本 文 涉 及 到 的 幾 種 進 汽 方 式 下 各自 的 流量 和 效 率 數據。
將 2 0 %、5 0 %、7 0 % 弧段 進 汽 堵 塞 情 況下 的數據 與全 周 進汽時 的 進行 比 較,在效 率 方面可 以 認為:部分 進 汽 狀態將 使得流 動 效 率 降 低,尤 其 是 在較 小部分進汽 度 ( 較 大 堵 塞 度 ) 時,效 率 降 低 得非 常嚴 重。根 據詳 細 的流 場計算結 果分析,2 0 % 堵 塞 時效 率之 所 以 降得不多,是 因 為此 時 並 沒 引 起 葉片通道 內 的 流 動 分 離,損 失增加 的 主 要來 源 為 進 口 區 域強的周 向 壓力梯 度所 造 成 的 摻 混;而 5 0 % 和 7 0 % 時多 個 通 道 內 葉 片 表 面 都 出 現 了大 面 積分 離 區,從而使 得損失 大大 增 加。
至於 流量 情 況,從 表 中計 算所 得 結 果 看 來,所有處 於部分 進 汽 情 況 下 流量 都將 比 相 應 通 道 數 下 的通流能力 增 加,增加幅度在4 % ~ 8 %之 間。而 目 前 在設 計中,當 保 持 葉片 後 壓 力 和 葉片 燴 降不 變 時,通過的 流量與 通 道 數成 簡 單 的 正 比 關 系,這 樣看 來,部 分 進汽方式下 的 流量 結 果 應在 調 節 級 面 積 設 計 中引起 足 夠重 視。流量 增加 的 原 因 應該很 復 雜,從 圖1
表1
圖1中進 口 截 面上 的 周 向 靜 壓分 布 上可 以 肯 定,在 部分堵 塞 進汽 時 進 口 截 面 上 靠 近 堵 塞 區 邊 緣 的 區 域,由於 受 堵 塞 區 後 低 壓 區 的 影響 因 而 靜 壓 值 比 全 周 進 汽時 有所 降低,形成抽吸 現象 並造成 汽流 速 度增 加,從而最終體 現 在 相 應 區 域 的 流量 增 加 上。
對 比 表 中 同 樣 部 分 進 汽度 下 兩種 堵 塞方 式 的數 據,二 者 在 流量 上 基 本不存 在 大的差 異。但 在效率 方 面,分 兩段 堵 塞時 的 效 率 都 比 一 段 堵 塞時要 低是 在較低 部分進 汽度情 況 下。葉片 處 於 部分進汽度時效 率 低的 原 因,主 要有 兩 部 分組成:一 部分 是由 於 存 在 周 向壓力 梯 度 而造成 的 摻 混 損 失,並且 這一 壓 力梯 度將 一 直保 持到 流 動 區 域 出 口 ( 圖 1),另一部 分則 歸咎 於 流動 分 離。表中 2 0 % 堵 塞 的 情 況應該 屬 於 前 一 個 原 因。由 於 分兩 段堵 塞時 比 一 段 堵塞情況 下 在進口 截 面上 多 2 個高 周 向 壓 力梯 度 區 域,顯 然 這 兩 個 區 域 將 多 形 成 一 部分 摻 混 損 失,從而 會形 成2x1 0 % 堵 塞 方式時 的 效率 比lx2 0 % 的 要低,但 總體說來,這兩者的效 率 降 低 都 並 不 很嚴 重。而表中5 0 %、7 0 %堵塞 時,效率 的 降低 就 很嚴重了,應該 說此 時 的損 失機 理以 流 動 分 離 損 失 為主。在這 幾種 堵 塞 方 式下,葉片 通 道 內 都 發 生 了 大 面 積 流 動 分離,並 且,在2 × 2 5 %、2x3 5 %分兩 段堵塞 情 況 下,前面 提到 的 比 一 段 堵 塞時多出 的那 兩 個 周 向高 壓力梯 度 區 域,由 於 引 發 了 更多 的通 道 內 流 動 分離,因此 而 造 成 更 大 的 流動損失。
處於部分進汽方式下工作的動葉片，其動頻率力和動應力 隨 著 進 出 堵塞 區 域 也 將 發 生 劇 烈 的 變 化。
圖2圖2中 反映了各 種 部分 進 汽 方式 下 某 一 時 刻 各 只 動葉片 的 升力 系 數情 況。在 較 下 的 部分 進 汽 度 ( 5 0 %、7 0 % ) 時,堵 塞 區 後的 動 葉片 升力都很 小,在某些 葉片上 甚 至 出 現 了 不小 的 負 升力,這 就 意 味 著 在 這 幾 只葉片 上幾乎 沒 有 什 么 功 量 輸 出,或 者 是 負 輸 出 功;在部分進汽 度較 大、堵 塞 段較 小 ( 2 0 % ),堵塞段對葉片 通 道 內流場 的 影 響 較 小,各只葉片 基本都 工 作在 輸 出功量 的 狀 態,只 是 大 小存 在 差異 而 已。從 圖中 同時可 以 發 現,某 些 葉 片甚 至 承 受 了 比 全 周 進汽時 更大 的 升力。由 於 設 計 中 調 節級 燴 降 一 般取得 都比 較 大,並且 為 維持 一 定 的 速 比 節 圓也 較高,對 調 節級 動 葉 片 在 設計工況 下承 受各種應力、激振力 的強度 要求較 為 苛 刻,因 此 以 上部分 進 汽 方 式下 動 葉 片升 力 的急 劇變化結 果應 該在 設 計 中 引 起高度 重 視。
結論
(1 ) 處 於 部 分 進 汽 情 況下,各 只 動葉片 受到 的 非定 常 激振 力 變 化幅 度 劇烈 ; 在較低 部分進 汽 度 時,某 些時 刻 甚 至 經受到 負 升力 ;
( 2 ) 處 於 部 分 進 汽 情 況 下,各 通道 實 際 上 的總通流 能 力 比 用傳 統方法估 計值 要高,高 出的百 分 比 介於4 % 、 8 %之 間 ;
( 3 ) 處 於部 分 進 汽 情 況 下 的 動 葉 片 流 動效 率 要比 全 周 進 汽時 的 低,在 小 的 部分 進 汽度 時 要低 出 很多 ;
( 4 ) 堵 塞度 較 小 時,動 葉片 內 的 部 分進汽損 失機 理主 要 為 由 於 存在 周 向壓力 梯度而 形成 的 摻 混 損失;而在堵 塞 度較 大時,部分 進 汽 損失 則 主 要 因 為流動分離 而 造 成;
( 5 ) 在 同 樣 部 分 進汽度情 況 下而 堵塞方 式不 同時,堵 塞段 的 多少對 部 分進 汽 損 失也 存 在影響,在小 的 部分 進 汽 度情 況下 的影 響更為明 顯,較多 的 堵塞段將使得 流 動效 率 更 低。
( 6 ) 在 部分 進 汽 情 況 下,動 葉片 的 出 口 參數在 周向 仍保持 著 不 均 勻,這無疑將對 其 後 葉片 排 內 的 流動 造 成 影響 。
