Потери в радиальном зазоре

В проточной части турбомашин между торцами рабочих лопаток и корпусными деталями всегда имеется конструктивный зазор . Этот зазор необходим для того, чтобы исключить касание ротора о статор при вращении РК. Его величина выбирается с учетом радиальной деформации деталей под действием газовых, тепловых и центробежных нагрузок. Аналогичный зазор иногда существует между нижним торцем направляющей лопатки компрессора и вращающимся валом.

Поскольку между спинкой и корытцем одной лопатки имеется градиент давления, то поток с корытца стремиться перетечь на спинку через зазор. Это течение на спинке взаимодействует с основным потоком, в результате чего формируется вихрь (рисунок 2.56 и 2.57). Причем этот вихрь находится вблизи периферийных вторичных вихрей, вращается в противоположную относительно них сторону и активно взаимодействует с ними.

Рисунок 2.56 – Структура течения в радиальном зазоре небандажированной лопатки

Рисунок 2.57 – Структура течения в радиальном зазоре небандажированной лопатки

Рисунок 2.58 – Взаимодействие вторичного течения и вторичного вихря

То есть потери в радиальном зазоре небандажированного лопаточного венца связаны не только с наличием вихря возникшего из-за перетекания рабочего тела в зазоре, но и с взаимодействием данного вихря со вторичными течениями, что усугубляет негативные влияния обоих видов потерь (рисунок 2.58).

Кроме того, поворот рабочего тела в области зазора недостаточен и это не позволяет получить в нем необходимую работу.

Величина потерь в радиальном зазоре зависит от относительной величины зазора и перепада давления между спинкой и корытцем. Например, увеличение на 1% приведет к снижению КПД ступени на 2%.

Перепад давления зависит от угла поворота потока в канале.

Существует несколько способов уменьшения потерь в радиальном зазоре. Наиболее радикальный связан с установкой бандажной полки на верхний торец лопатки. Бандажные полки соседних лопаток создают сплошное кольцо над лопатками, полностью исключая возможность перетекания рабочего тела с корытца на спинку. Однако существующий перепад давления между входом и выходом из РК приводит к возникновению течения в зазоре над бандажной полкой. Величина утечек уменьшает за счет установки на полке лабиринтных уплотнений. Из-за того, что утечка в зазоре не взаимодействует с вторичным вихрем потери энергии при наличии бандажа меньше, чем без него. Структура потока в зазоре бандажированной лопатки приведена на рисунке.

Рисунок 2.59 – Радиальный зазор над бандажированной лопаткой

Рисунок 2.60 – Структура потока в радиальном зазоре над бандажной полкой