Т. 328, № 5

Исследование влияния степени радиальности на структуру потока в проточной части радиально-осевой турбины газотурбинной установки

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования проточной части радиально-осевой турбины нового поколения газотурбинных установок, применяемых в различных отраслях промышленности. Отдельной группой газотурбинных установок малой мощности являются микротурбины электрической мощностью от 15 до 600 кВт, в качестве топлива использующие попутный нефтяной газ. Цель работы: при помощи модели Я.А. Сироткина осесимметричного вихревого течения невязкой сжимаемой жидкости в проточной части радиально-осевых турбомашин исследовать влияние степени радиальности на структуру потока газа в проточной части радиально-осевой турбины c диаметром рабочего колеса 140 мм. Методы исследования: метод Я.А. Сироткина для расчета осесимметричного вихревого течения невязкой сжимаемой жидкости в проточной части радиально-осевых турбомашин. Результаты. Изложены проблемы выбора степени радиальности радиально-осевой турбины газотурбинной установки малой мощности. На основе метода неопределенных множителей Лагранжа спроектированы рабочие колеса радиально-осевой турбины со степенью радиальности [мю]=0,47, [мю]=0,52, [мю]=0,57. Проведены расчетные исследования по влиянию степени радиальности на характеристики радиально-осевой турбины. Представлены характеристики турбин по КПД и по мощности в стационарном потоке, полученные на основе метода для расчета турбины на среднем радиусе. На основе этих характеристик показано, что с уменьшением степени радиальности КПД турбины и мощность растут. Показано влияние степени радиальности на структуру потока в проточной части радиально-осевой турбины. В результате расчета осесимметричного течения в рабочих колесах приведены распределения меридианных скоростей в зависимости от длины нормали и распределение относительной скорости вдоль линий меридианного обвода рабочих колес. На основе этих распределений определена зона обратных токов. Представлены результаты расчета поверхностей токов. Граница отрывной зоны определена при условии ws=0. Во всех расчетных областях погрешность по скоростям ws составила менее 1 %. После расчета структуры потока по модели Я.А. Сироткина показано, что с уменьшением степени радиальности, несмотря на высокий КПД, определенный по модели расчета на среднем радиусе, возрастает зона обратных токов. Представлено экспериментальное и расчетное распределение абсолютных скоростей на выходе из рабочего колеса турбины со степенью радиальности [мю]=0,57. Сравнение результатов расчета осесимметричного течения по методу Я.А. Сироткина с результатами эксперимента показывает, что имеется незначительное расхождение экспериментальных и расчетных значений абсолютных скоростей в прикорневой и центральной областях потока.

Ключевые слова:

степень радиальности, радиально-осевые турбины, коэффициент напора, проточные части, турбины, характеристики, степень реактивности, линия тока, газотурбинные установки, электронный ресурс,

Авторы:

Пассар Андрей Владимирович

Тимошенко Денис Владимирович

Скачать PDF