10. Концевые потери или потери от вторичных токов

Как известно между выпуклой поверхностью 2 и вогнутой поверхностью 3 создается разность давлений. Частицы, движущиеся в ядре потока в поперечном направлении уравновешены центробежной силой. В пограничном слое на торцах канала вследствие малых скоростей центробежная сила уже не может уравновесить указанный градиент давлений и поэтому в пограничном слое на торцевых стенках 1 возникают поперечные течения. Течение становится трехмерным. Внешние слои пограничного слоя движутся в направлении основного потока. Внутри же пограничного слоя течение имеет продольную и поперечную составляющие. Стекание пограничного слоя к выпуклой стенке вызывает набухание пограничного слоя (область II) на выпуклой поверхности лопатки вблизи торцевой стенки. Поэтому в области стыка стенок образуются вихревые движения. Вдали за решеткой образуются свободные вихри.

В силу неразрывности течения из-за стекания жидкости в пограничном слое на торцевой стенке, на вогнутой поверхности лопатки в пограничном слое возникает компенсационное движение (область III), называемое вторичными токами. Опыт показывает, что скорость вторичных токов весьма мала. Таким образом концевая потеря в основном складывается из вихреобразования в области стыка стенок и из потерь трения в пограничном слое на торцевой стенке.

Для иллюстрации на рисунке приведен график характерного изменения потерь в сечениях по высоте канала.

Как видно из графика потери возрастают в области пограничного слоя на торцевой стенке и в области вихревого движения.

Для определения коэффициента концевых потерь имеются экспериментальные графики ЦКТИ (Матвеев). Так же можно определять концевые потери по экспериментальным зависимостям

Подобные явления могут возникать и в рабочих каналах имеющих открытый радиальный зазор. Однако в этом случае картина несколько усложняется, т.к. здесь на ряду с перетеканием в пограничном слое от вогнутой к выпуклой поверхности внутри рабочего канала возникает еще перетекание с вогнутой поверхности лопатки на ее выпуклую сторону через радиальный зазор.

Оба эти течения завершаются образованием вихрей на выпуклой стороне конца лопатки. При этом каждый вихрь имеет противоположное вращение.

Естественно, что относительная потеря от вторичных токов будет тем больше, чем ниже высота лопаток.

При вся область потока в межлопаточном канале оказывается завихренной.

Увеличение высоты канала до практически не влияет на размеры и интенсивность вихрей.

11. Потери в радиальном зазоре

Радиальный зазор предусмотрен для предотвращения задевания лопаток за корпус турбины.

Утечка пара через радиальный зазор уменьшает окружную работу колеса. Кроме того, из-за разности давлений на выпуклой и вогнутой поверхностях лопатки через радиальный зазор перетекает пар из одного межлопаточного пространства в другой. Это приводит к выравниванию давлений по обе стороны лопатки, следовательно, к снижению усилия, действующего на лопатку.