Для турбин с низким коэффициентом сжатия потери на концах лопастей, являются основным источником снижения эффективности, составляющим сорок процентов от общих потерь. Утечка турбины высокого давления также является по своей природе нестационарным, поэтому нестационарные эффекты на торцевой стенке или, как правило, на концах лопастей, такие как взаимодействие вторичного вихря потока и вихря утечки наконечника с периодическим следом или потенциальным полем, важно включить в дизайн и эксплуатацию.
Эффекты пробуждения
След - это область возмущенного потока (обычно турбулентного) после компонента, движущегося относительно жидкости. След может быть определен как дефицит скорости в системе отсчета относительно тела. Рабочая жидкость обычно отделяется от потока и не смешивается. Если мгновенное поле скорости меньше невозмущенного значения, след выглядит как обратная струя, которая называется отрицательной струей. Отрицательная струя в осевых турбинах является одним из основных нестационарных транспортных механизмов. В осевом компрессоре присутствие со стороны давления препятствует перемещению в следе, и, как следствие, жидкость из побуждения статора накапливается на стороне давления ротора, уменьшая нагрузку на лопасть компрессора. Наоборот, в турбинах отрицательная струя следа, кажется, сталкивается со стороной всасывания ротора, обычно увеличивая нагрузки на лопасти. Утечки турбины восходящего сегмента следа в ряду лопаток характеризуются изгибом, переориентацией, удлинением и растяжением. Изгиб струи флюида начинается вблизи плоскости передней кромки, где скорости среднего прохода выше, чем скорости вблизи поверхностей лопастей. Переориентация сегмента следа происходит из-за циркуляции лезвия. Скорости у поверхности всасывания выше, чем у поверхности давления. Следовательно, жидкость вблизи поверхности всасывания движется по проходу быстрее, что приводит к переориентации сегмента следа.
Горячие полосы
Другим значительным нестационарным явлением в турбинах, в частности в турбинах высокого давления, является взаимодействие горячих полос (также называемых «горячими точками»), которые относятся к радиальным и окружным градиентам температуры на выходе из камеры сгорания газовой турбины. Эти выраженные температурные неоднородности в области выходного потока камеры сгорания обусловлены дискретным по окружности впрыском топлива и разбавляющего воздуха в камеру сгорания. Горячие полосы могут вызвать значительную неустойчивость из-за относительного движения рядов лопастей. Они взаимодействуют с различными частями турбины и могут локально вызывать повышенный теплообмен лопаток, что приводит к сокращению срока службы лопаток и значительным рискам. В практических газовых турбинах горячие полосы в камере сгорания могут иметь температуру застоя, которая в два раза выше температуры застоя свободного пара. Горячие полосы могут привести к высоким тепловым нагрузкам и потенциально катастрофическому выходу лопаток из строя.
