Результаты расчетов осевой турбинной ступени с различными меридиональными обводами регулируемого соплового аппарата
Аннотация
Турбомашины с регулируемыми (поворотными) сопловыми аппаратами (РСА) вследствие меньшего, по сравнению с другими способами изменения расхода, падения экономичности, всё больше и больше находят применение в различных областях техники. Растет актуальность задачи повышения их КПД при соблюдении требований технологичности изготовления и надёжности.
Расчетным способом исследованы три варианта формирования меридиональных обводов регулируемого соплового аппарата (РСА) и самих лопаток, отличающихся сложностью изготовления:
- вариант 1 — с традиционными цилиндрическими меридиональными поверхностями и лопатками, обрезанными по торцам сферическими поверхностями, обеспечивающими допустимый (~0,3 мм) минимальный радиальный зазор над входными и выходными кромками лишь при наименьшем из возможных углов установки, а в корневом сечении — лишь при максимальном (из требуемого диапазона) угле установки профиля;
- вариант 2 — со сферическими обводами и лопатками, обрезанными по сфере, эквидистантной сферам обводов (с зазором в ~0,3 мм);
- вариант 3 — с плоскими меридиональными обводами в виде многогранной призмы и лопатками с плоскими торцами, эквидистантными граням призмы (с зазором в ~0,3 мм).
Описаны и проанализированы результаты расчётов в ANSYS CFX, показавших небольшое преимущество по КПД ηoi (~ 2%) (варианты 2, 3). Для данных вариантов снижение КПД при увеличении расхода выше расчётного менее заметно, чем для варианта 1, а при расходах, меньших расчётного, значения КПД ηoi для всех вариантов одинаковы.
Литература
2. Пат. № 2106498 РФ. Диагональная силовая турбина / В.А. Плотников // Бюлл. изобрет. 1998. № 3.
3. Конюков В.Л. Влияние угла поворота лопаток регулируемого соплового аппарата турбонаддувочного агрегата дизеля на параметры газа перед турбиной // Вестник Керченского гос. морского технолог. ун-та. 2019. Вып. 2. С. 54—64.
4. Федотов А.С. Совершенствование проточной части турбинной ступени с регулируемым сопловым аппаратом: автореф. дисс. … канд. техн. наук. Харьков: Харьковский политехн. институт им. В.И. Ленина, 1984.
5. Лазарев Л.Я, Фадеев В.А. Исследование особенностей течения в осевой ступени турбины с регулируемым сопловым аппаратом // Вестник МЭИ. 2022. № 5. С. 101—111.
6. Arimizu H. e. a. Development of Variable Geometry Turbocharger for Gasoline Engine // Mitsubishi Heavy Industries Techn. Rev. 2019. V. 56. No. 2. Pp. 1—12.
7. Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. М.: Недра, 1986.
8. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. М.: Энергоатомиздат, 1993.
9. Барский И.А. Скоростные характеристики турбины с регулируемыми сопловыми аппаратами // Известия ВУЗов. Серия «Авиационная техника». 1973. № 3. С. 64—68.
10. Кириллов И.И., Кузмичёв Р.В. Влияние на КПД и на степень реактивности турбинной ступени угла поворота направляющих лопаток // Известия ВУЗов. Серия «Энергетика». 1959. № 2. С. 101—110.
11. Мухтаров М.Х. Исследование плоских решёток регулируемых сопловых аппаратов осевых турбин // Труды ЦИАМ. 1970. № 559.
12. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Лазарев Л.Я. Атлас профилей лопаток осевых турбин. Машиностроение, 1965.
13. Троицкий Н.И., Моляков В.Д. Экспериментальные исследования силовой турбины с регулируемым сопловым аппаратом // Известия ВУЗов. Серия «Машиностроение». 2021. № 8(737). С. 58—66.
---
Для цитирования: Лазарев Л.Я., Фадеев В.А. Результаты расчетов осевой турбинной ступени с различными меридиональными обводами регулируемого соплового аппарата // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 125—136. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-125-136.
#
1. Kustarev Yu.S., Kostyukov A.V. Osevye Turbiny Transportnykh GTD. M.: Izd-vo MGTU «MAMI», 2006. (in Russian).
2. Pat. № 2106498 RF. Diagonal'naya Silovaya Turbina. V.A. Plotnikov. Byull. Izobret. 1998;3. (in Russian).
3. Konyukov V.L. Vliyanie Ugla Povorota Lopatok Reguliruemogo Soplovogo Apparata Turbonadduvochnogo Agregata Dizelya na Parametry Gaza Pered Turbinoy. Vestnik Kerchenskogo Gos. Morskogo Tekhnolog. Un-ta. 2019;2:54—64. (in Russian).
4. Fedotov A.S. Sovershenstvovanie Protochnoy Chasti Turbinnoy Stupeni s Reguliruemym Soplovym Apparatom: Avtoref. Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. Khar'kov: Khar'kovskiy Politekhn. Institut im. V.I. Lenina, 1984. (in Russian).
5. Lazarev L.Ya, Fadeev V.A. Issledovanie Osobennostey Techeniya v Osevoy Stupeni Turbiny s Reguliruemym Soplovym Apparatom. Vestnik MEI. 2022;5:101—111. (in Russian).
6. Arimizu H. e. a. Development of Variable Geometry Turbocharger for Gasoline Engine // Mitsubishi Heavy Industries Techn. Rev. 2019;56;2:1—12.
7. Revzin B.S. Gazoturbinnye Gazoperekachivayushchie Agregaty. M.: Nedra, 1986. (in Russian).
8. Shcheglyaev A.V. Parovye Turbiny. Teoriya Teplovogo Protsessa i Konstruktsii Turbin. M.: Energoatomizdat, 1993. (in Russian).
9. Barskiy I.A. Skorostnye Kharakteristiki Turbiny s Reguliruemymi Soplovymi Apparatami. Izvestiya VUZov. Seriya «Aviatsionnaya Tekhnika». 1973;3:64—68. (in Russian).
10. Kirillov I.I., Kuzmichev R.V. Vliyanie na KPD i na Stepen' Reaktivnosti Turbinnoy Stupeni Ugla Povorota Napravlyayushchikh Lopatok. Izvestiya VUZov. Seriya «Energetika». 1959;2:101—110. (in Russian).
11. Mukhtarov M.Kh. Issledovanie Ploskikh Reshetok Reguliruemykh Soplovykh Apparatov Osevykh Turbin. Trudy TSIAM. 1970;559. (in Russian).
12. Deych M.E., Filippov G.A. Lazarev L.Ya. Atlas Profiley Lopatok Osevykh Turbin. Mashinostroenie, 1965. (in Russian).
13. Troitskiy N.I., Molyakov V.D. Eksperimental'nye Issledovaniya Silovoy Turbiny s Reguliruemym Soplovym Apparatom. Izvestiya VUZov. Seriya «Mashinostroenie». 2021;8(737):58—66. (in Russian).
---
For citation: Lazarev L.Ya., Fadeev V.A. The Results of Calculations of the Axial Turbine Stage with Different Meridional Outlines of Its Adjustable Nozzle Vane. Bulletin of MPEI. 2023;2:125—136. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-125-136.
