部分进汽度

各种部分进汽情况下叶片总体性能分析

表1中给 出 了 本 文 涉 及 到 的 几 种 进 汽 方 式 下 各自 的 流量 和 效 率 数据。

图1

将 2 0 %、5 0 %、7 0 % 弧段 进 汽 堵 塞 情 况下 的数据 与全 周 进汽时 的 进行 比 较，在效 率 方面可 以 认为：部分 进 汽 状态将 使得流 动 效 率 降 低，尤 其 是 在较 小部分进汽 度 （ 较 大 堵 塞 度 ） 时，效 率 降 低 得非 常严 重。根 据详 细 的流 场计算结 果分析，2 0 % 堵 塞 时效 率之 所 以 降得不多，是 因 为此 时 并 没 引 起 叶片通道 内 的 流 动 分 离，损 失增加 的 主 要来 源 为 进 口 区 域强的周 向 压力梯 度所 造 成 的 掺 混；而 5 0 % 和 7 0 % 时多 个 通 道 内 叶 片 表 面 都 出 现 了大 面 积分 离 区，从而使 得损失 大大 增 加。

至于 流量 情 况，从 表 中计 算所 得 结 果 看 来，所有处 于部分 进 汽 情 况 下 流量 都将 比 相 应 通 道 数 下 的通流能力 增 加，增加幅度在4 % -- 8 %之 间。而 目 前 在设 计中，当 保 持 叶片 后 压 力 和 叶片 烩 降不 变 时，通过的 流量与 通 道 数成 简 单 的 正 比 关 系，这 样看 来，部 分 进汽方式下 的 流量 结 果 应在 调 节 级 面 积 设 计 中引起 足 够重 视。流量 增加 的 原 因 应该很 复 杂，从 图1中进 口 截 面上 的 周 向 静 压分 布 上可 以 肯 定，在 部分堵 塞 进汽 时 进 口 截 面 上 靠 近 堵 塞 区 边 缘 的 区 域，由于 受 堵 塞 区 后 低 压 区 的 影响 因 而 静 压 值 比 全 周 进 汽时 有所 降低，形成抽吸 现象 并造成 汽流 速 度增 加，从而最终体 现 在 相 应 区 域 的 流量 增 加 上。

对 比 表 中 同 样 部 分 进 汽度 下 两种 堵 塞方 式 的数 据，二 者 在 流量 上 基 本不存 在 大的差 异。但 在效率 方 面，分 两段 堵 塞时 的 效 率 都 比 一 段 堵 塞时要 低是 在较低 部分进 汽度情 况 下。叶片 处 于 部分进汽度时效 率 低的 原 因，主 要有 两 部 分组成：一 部分 是由 于 存 在 周 向压力 梯 度 而造成 的 掺 混 损 失，并且 这一 压 力梯 度将 一 直保 持到 流 动 区 域 出 口 （ 图 1），另一部 分则 归咎 于 流动 分 离。表中 2 0 % 堵 塞 的 情 况应该 属 于 前 一 个 原 因。由 于 分两 段堵 塞时 比 一 段 堵塞情况 下 在进口 截 面上 多 2 个高 周 向 压 力梯 度 区 域，显 然 这 两 个 区 域 将 多 形 成 一 部分 掺 混 损 失，从而 会形 成2x1 0 % 堵 塞 方式时 的 效率 比lx2 0 % 的 要低，但 总体说来，这两者的效 率 降 低 都 并 不 很严 重。而表中5 0 %、7 0 %堵塞 时，效率 的 降低 就 很严重了，应该 说此 时 的损 失机 理以 流 动 分 离 损 失 为主。在这 几种 堵 塞 方 式下，叶片 通 道 内 都 发 生 了 大 面 积 流 动 分离，并 且，在2 × 2 5 %、2x3 5 %分两 段堵塞 情 况 下，前面 提到 的 比 一 段 堵 塞时多出 的那 两 个 周 向高 压力梯 度 区 域，由 于 引 发 了 更多 的通 道 内 流 动 分离，因此 而 造 成 更 大 的 流动损失。

处于部分进汽方式下工作的动叶片，其动频率力和动应力 随 着 进 出 堵塞 区 域 也 将 发 生 剧 烈 的 变 化。

图2

图2中 反映了各 种 部分 进 汽 方式 下 某 一 时 刻 各 只 动叶片 的 升力 系 数情 况。在 较 下 的 部分 进 汽 度 （ 5 0 %、7 0 % ） 时，堵 塞 区 后的 动 叶片 升力都很 小，在某些 叶片上 甚 至 出 现 了 不小 的 负 升力，这 就 意 味 着 在 这 几 只叶片 上几乎 没 有 什 么 功 量 输 出，或 者 是 负 输 出 功；在部分进汽 度较 大、堵 塞 段较 小 （ 2 0 % ），堵塞段对叶片 通 道 内流场 的 影 响 较 小，各只叶片 基本都 工 作在 输 出功量 的 状 态，只 是 大 小存 在 差异 而 已。从 图中 同时可 以 发 现，某 些 叶 片甚 至 承 受 了 比 全 周 进汽时 更大 的 升力。由 于 设 计 中 调 节级 烩 降 一 般取得 都比 较 大，并且 为 维持 一 定 的 速 比 节 圆也 较高，对 调 节级 动 叶 片 在 设计工况 下承 受各种应力、激振力 的强度 要求较 为 苛 刻，因 此 以 上部分 进 汽 方 式下 动 叶 片升 力 的急 剧变化结 果应 该在 设 计 中 引 起高度 重 视。

（1 ） 处 于 部 分 进 汽 情 况下，各 只 动叶片 受到 的 非定 常 激振 力 变 化幅 度 剧烈 ; 在较低 部分进 汽 度 时，某 些时 刻 甚 至 经受到 负 升力 ;

（ 2 ） 处 于 部 分 进 汽 情 况 下，各 通道 实 际 上 的总通流 能 力 比 用传 统方法估 计值 要高，高 出的百 分 比 介于4 % 、 8 %之 间 ;

（ 3 ） 处 于部 分 进 汽 情 况 下 的 动 叶 片 流 动效 率 要比 全 周 进 汽时 的 低，在 小 的 部分 进 汽度 时 要低 出 很多 ;

（ 4 ） 堵 塞度 较 小 时，动 叶片 内 的 部 分进汽损 失机 理主 要 为 由 于 存在 周 向压力 梯度而 形成 的 掺 混 损失；而在堵 塞 度较 大时，部分 进 汽 损失 则 主 要 因 为流动分离 而 造 成；

（ 5 ） 在 同 样 部 分 进汽度情 况 下而 堵塞方 式不 同时，堵 塞段 的 多少对 部 分进 汽 损 失也 存 在影响，在小 的 部分 进 汽 度情 况下 的影 响更为明 显，较多 的 堵塞段将使得 流 动效 率 更 低。

（ 6 ） 在 部分 进 汽 情 况 下，动 叶片 的 出 口 参数在 周向 仍保持 着 不 均 匀，这无疑将对 其 后 叶片 排 内 的 流动 造 成 影响