69411 P4250106

172

W analizie opływu łopatek duże znaczenie ma możliwość oderwania warstwy przyściennej od ścianki. Rozpatrzymy przepływ z kompresją wzdłuż ścianki wypukłej (rys. VI. 1). Pod wpływem strat tarcia następuje hamowanie strumienia i wzrost grubości warstwy przyściennej. To hamowanie wzmocnione jest dodatkowo dodatnim gradientem ciśnienia dp/dx > 0, tj. siły od ciśnienia działającej w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu płynu. W pewnym miejscu — oznaczonym przez A — w sąsiedztwie ścianki zeruje się druga pochodna:

172

a dalej wielkość ta staje się dodatnia:

>0.

co odpowiada wklęsłemu profilowi prędkości c(y). Warstwa przyścienna zostaje oderwana od ścianki; wiąże się to z silnym wzrostem strat przepływu.

Te rozważania, potwierdzone badaniami eksperymentalnymi, wykazują, że oderwanie może następować tylko w przypadku przepływu z dodatnim gradientem ciśnienia dp/dx > 0. Przy oderwaniu zaburzenia nie ograniczają się do cienkiej warstwy przy ściance, ale obejmują poważną część przepływu i dlatego powodują duże straty. Możliwość oderwania występuje szczególnie w miejscach, gdzie promień krzywizny ścianki maleje lub jest nieciągły.

Przepływ przyśpieszający, z ujemnym gradientem ciśnienia dp/dx < 0, nie ma skłonności do oderwania, gdyż siły od ciśnienia przyspieszają strumień w obszarze warstwy przyściennej i prędkość w pobliżu ścianki nie może mieć kierunku ujemnego. Z tych przyczyn przepływy przyśpieszające (z ekspansją) są z punktu widzenia strat korzystniejsze od przepływów z kompresją.

Grubość warstwy przyściennej przy opływie płaskiej płyty wynosi [44]

X ó = 5,83—7= — warstwa laminarna, v/Re	(VŁ2)
x 6 = 0,211 —n? — warstwa turbulentna. Re^,/7	(V1.3)

Wpływ chropowatości powierzchni profilu.

Zjawisko tarcia płynu o ściankę związane jest z lepkością płynu, a także nierównościami powierzchni ścianki, czyli jej chropowatością.

Zagadnienie wpływu chropowatości powierzchni łopatek na straty profilowe jest w technice turbinowej ważne i było przedmiotem wielu badań teoretycznych i eksperymentalnych [6,34], rzutuje bowiem na wymagania stawiane technologii wykonania oraz określa zmianę sprawności turbiny w czasie eksploatacji.

Chropowatość powierzchni jest parametrem geometrycznym profilu łopatki, który, podobnie jak inne parametry geometryczne palisady, oddziaływa na straty przepływu.

Dla eksperymentalnej oceny wpływu chropowatości profilu na straty wprowadza się równoważną zastępczą chropowatość piasku *„ dającą w obszarze kwadratowego prawa oporu, tj. przy turbulentnej warstwie przyściennej, te same straty co rozpatrywana powierzchnia. Chropowatość piasku *, opisuje określony stan nierówności powierzchni, otrzymany przez równomierne jej pokrycie ziarnkami piasku o jednakowej wielkości ziarna równej k_t.

Dla różnych typów nierówności powierzchni stosuje się odpowiednie przeliczniki eksperymentalne. Tak na przykład w przypadku powierzchni frezowanej, opływanej prostopadle do śladów frezowania,

k « 2,6k,.

Oznacza to, że wysokość nierówności powierzchni frezowanej przy tym samym oporze przepływu jest 2,6 razy większa od wielkości ziarenka piasku. Przy opływie wzdłuż śladów frezowania

k « 5*,.

Niewielkie odchylenia wektora przepływu od kierunku śladów obróbki powodują silny wzrost oporów przepływu, odpowiadający granicznie relacji * = 2,6*,.

W przeciętnych warunkach chropowatość technologiczna wynosi *, = 0,001—0,002 mm — szlifowanie i polerowanie, *, = 0,005 —0,010 mm — frezowanie lub przeciąganie.

Powierzchnie lekko skorodowane wykazują

*, = 0,010 —0,030 mm.

Już dawno zwrócono uwagę na okoliczność, że w czasie eksploatacji turbiny cieplnej chropowatość powierzchni łopatek szybko wzrasta. Według Zalfa [54] i Kiryllowa [16] w turbinie gazowej w niekorzystnych warunkach chropowatość powierzchni łopatek osiąga *, = 0,02 mm po kilkudziesięciu godzinach pracy. Te same wartości zaobserwowano w turbinach parowych po kilku tygodniach eksploatacji pod wpływem korozji i osadów soli [19]. Nowsze badania Bammerta [34] wskazują na jeszcze intensywniejszy wzrost chropowatości w turbinach gazowych. Zjawisko to wpływa na pogorszenie sprawności turbiny i obniżenie mocy (szczególnie silnie w turbinach gazowych).

Z tego względu należy, jak się wydaje, przyjmować do obliczeń nie chropo ”atość technologiczną, istniejącą tylko w nowej maszynie, lecz średnią chropowatość eksploatacyjną, wynoszącą w warunkach prawidłowej eksploatacji [6, 47]

*, = 0,010-0,020 mm

(V1.4)