Tuabin khí và tuabin hơi: Các loại tổn thất nguyên liệu trong tầng Tuabin

3.1 CÁC TỔN THẤT NĂNG LƯNG TRONG TẦNG TUABIN
1. Tổn thất năng lượng trong rãnh cánh
Tổn thất NL trong mỗi rãnh cánh của tầng chủ yếu gồm (3):
TT profile, ζ
p
; TT ở đầu cuối cánh, ζ
đc
;TT do độ rẽ cánh quạt, ζ
r
ζ
i
: Giá trò tương đối của TT so với NL lý thuyết của dãy cánh.
Thực nghiệm đã xác đònh được: tính chất của TT, ảnh hưởng của các
TS hình học và chế độ dòng chảy trong rãnh cánh.
Như vậy TT trong một rãnh cánh (ζ
t
hay ζ
đ
) là tổng:
ζ = ζ
p
+ ζ
đc
+ ζ
r
(3.1)
Trên cơ sở đó chúng ta tìm được giá trò z
t

và z
đ

rồi tính HS tương đối
trên dãy cánh động theo CT (2.51):
η
u
= 1 – ξ
t
– ξ
đ
– ξ
c
(1 – „
2
)
1. Các tổn thất khác trong tầng
Có một số TT khác liên quan đến toàn tầng công tác, được tính tương
đối so với năng lượng làm việc trong toàn tầng e
o

:
TT do phun từng phần,
ξ
e
TT do ma sát của đóa,
ξ
df
TT rò rỉ trong tầng,
ξ
rò
TT do hơi ẩm,
ξ

x
Như vậy HS trong tương đối của tầng sẽ là:
η
oi
= η
u
–
ξ
e
–
ξ
df
–
ξ
rò
–
ξ
x
(3.2)
Các TT nêu trong (3.2) còn được gọi là những tổn thất phụ.
Lưu ý: việc phân loại các TT như trên chỉ có tính tương đối. Thực tế
chúng có liên quan, thậm chí đan xen với nhau. Nhiều tác giả cho rằng TT
ζ
t

và
ζ
đ

được gây ra chủ yếu bởi TT profile và TT đầu cuối cánh, nhưng

cũng có người quan niệm là hệ số tốc độ
ϕ
,
ψ
chỉ phụ thuộc vào TT
profile mà thôi.
1. Tổn thất profile
Được xác đònh khi dòng chảy bao profile cánh có chiều dài vô hạn (l -> ∞),
gồm 3 thành phần:
a. TT ma sát: do ma sát trong lớp biên (LB) và xoáy khi dòng trên profile bò đứt
(hình 3-3).
Tốc độ dòng trong LB thay đổi từ 0 ở sát bề mặt profile đến tốc độ của lõi
dòng tại vò trí phân cách. Bề dày LB thay đổi theo biến đổi tốc độ của dòng và
phân bố áp suất trên bề mặt profile.
H.3-3: Sơ đồ tạo thành LB
trên profile cánh
a) Dòng bao không bò đứt
b) Dòng bao bò đứt
Một phần
động năng bò mất
trong LB do ma sát
với bề mặt cánh +
để bứt LB khỏi
profile thì dòng chính
phải tiêu tốn một
b. TT xoáy sau mép ra (TT mép ra). Khi dòng bao bò đứt, sau mép tạo các xoáy trôi
theo dòng chính làm tốc độ của dòng giảm. Sự không đồng đều về phân bố tốc
độ, AS, góc ra (H.3-4).
c. TT sóng: khi dòng có tốc độ vượt âm. Do xuất hiện tính chất sóng, ở mép ra có sự
thay đổi về đặc tính dòng khác với thiết kế.

TT profile ζ
p
phụ thuộc vào các đặc tính hình học của dãy cánh, chế độ
dòng chảy cùng một số yếu tố khác.
nh hưởng của số Mach tới
ζ
p
ở OP nhỏ dần bắt đầu từ lúc M > 0,4
÷
0,6.
Tăng M trong dòng dưới âm sẽ làm mỏng lớp biên và ít khả năng bò đứt
dòng nên
ζ
p
giảm
nh hưởng của số Reynolds. Khi Re > Re
aut
= (4 ÷ 5)10
5
thì giá trò ζ
p
không
thay đổi theo Re nữa, ta nói trong vùng ấy có chế độ dòng chảy tự điều chỉnh
(automodel).
1. Tổn thất profile
Được xác đònh khi dòng chảy bao profile cánh có chiều dài vô hạn (l -> ∞),
gồm 3 thành phần:
a. TT ma sát: do ma sát trong lớp biên (LB) và xoáy khi dòng trên profile bò đứt
(hình 3-3).
Tốc độ dòng trong LB thay đổi từ 0 ở sát bề mặt profile đến tốc độ của lõi

dòng tại vò trí phân cách. Bề dày LB thay đổi theo biến đổi tốc độ của dòng và
phân bố áp suất trên bề mặt profile.
b. TT xoáy sau mép ra (TT mép ra). Khi dòng bao bò đứt, sau mép tạo các xoáy trôi
theo dòng chính làm tốc độ của dòng giảm. Sự không đồng đều về phân bố tốc
độ, AS, góc ra (H.3-4).
c. TT sóng: khi dòng có tốc độ vượt âm. Do xuất hiện tính chất sóng, ở mép ra có sự
thay đổi về đặc tính dòng khác với thiết kế.
TT profile ζ
p
phụ thuộc vào các đặc tính hình học của dãy cánh, chế độ
dòng chảy cùng một số yếu tố khác.
H.3-3: Sơ đồ tạo thành LB
trên profile cánh
a) Dòng bao không bò đứt
b) Dòng bao bò đứt
Một phần
động năng bò mất
trong LB do ma sát
với bề mặt cánh +
để bứt LB khỏi
profile thì dòng chính
phải tiêu tốn một
nh hưởng của số Mach tới
ζ
p
ở OP nhỏ dần bắt đầu từ lúc M >
0,4
÷
0,6. Tăng M trong dòng dưới âm sẽ làm mỏng lớp biên và
ít khả năng bò đứt dòng nên

ζ
p
giảm
nh hưởng của số Reynolds. Khi Re > Re
aut
= (4 ÷ 5)10
5
thì giá trò ζ
p
không
thay đổi theo Re nữa, ta nói trong vùng ấy có chế độ dòng chảy tự điều chỉnh
(automodel).
1. Tổn thất do hơi ẩm
Những tầng cuối của T ngưng làm việc trong vùng hơi ẩm.
Đầu tiên hơi bò quá lạnh, sau đó ngưng tụ tạo ra các hạt nước.
Do trở thành tâm ngưng nên các hạt nước lớn dần lên.
Chúng có tốc độ bé hơn tốc độ của pha hơi nhiều và bò
cuốn theo gây ra TT động năng. Hơn nữa với hướng đi vào
rãnh cánh động không phù hợp (H.3-22), chúng va đập với
mép vào CĐ làm giảm HS của tầng + phá hủy bề mặt kim
loại, tức là làm cánh bò mài mòn.

H.3-22: Tam giác tốc độ của hơi
ẩm vào rãnh động
H.3-23: Chuyển động của những
hạt nước trong rãnh OP
H.3-24: Sự phân phối độ ẩm theo chiều cao cánh
Trong dãy CĐ màng nước còn bò chảy trượt theo hướng
từ chân đến đỉnh cánh do lực ly tâm. Phần lớn lượng nước
tập trung trên đoạn 1/3 đầu cuối cánh (H.3-24). Sự phân phối

độ ẩm theo chiều cao cánh cũng phụ thuộc vào tỉ số tốc
độ u/c
1
.
Tổn thất NL do hơi ẩm bao gồm các thành phần chủ yếu
sau:
1. TT do va đập của hạt nước vào lưng CĐ gây
mômen cản quay rotor.
2. TT do dòng hơi phải gia tốc các hạt nước.
3. TT do ma sát trong màng nước.
4. TT do tăng kích thước của mép ra bởi màng
nước.
Bên cạnh tổn thất NL, hơi ẩm còn mài mòn cánh quạt.
Những biện pháp hạn chế ζ
x
và sự mài mòn cánh: 6 bp
1. Giảm độ ẩm cuối T bằng cách nâng cao nhiệt độ hơi
mới, áp dụng QNTG, lắp bộ tách ẩm sau phần cao áp T hơi
bão hoàø.
2. Bố trí cơ cấu gom nước tách ra phía ngoại biên tầng HA
(H.3-25).
3. Bố trí cửa trích hơi trong vùng hơi ẩm để đưa phần lớn
nước tách ra vào BGN.
4. Xẻ rãnh dọc trên phần vào lưng, gần đỉnh cánh quạt
(để tách nước và giảm bớt sự va đập của các hạt
nước).
5. Tăng khe hở dọc trục giữa dãy CT và dãy CĐ để tạo khả
năng cho giọt nước bò xé vụn.
6. Sử dụng kim loại chòu mòn để làm cánh; tôi bề mặt cánh;
tạo lớp hợp kim cứng bảo vệ …