автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Потеря от парциальности и методы их снижения в малоразмерных турбоприводах

САНКТ-ШТКРБУРГСК/Ш ГОСУДАРСТВЕННА ГйХКЛЧгЕКйЙ УШЬгРа:¡КГ

На прявях рукописи ЧУсАлиЬ АЛьКСАдцР БиР/ЛОБЛЧ

УдК 621. 160+621.43а

ПОТьРй ОТ НАР^ЬНОСТИ Л ИХ СНИлШМ

' д :ШОРАЗ:ШЫХ ТУРБОиРИЬОДАХ

Специальность 05.04.12 - турбомчшины

Автореферат

диссертация н.ч соискание ученой степени кпндидчтя технических нпук

Санкт-Петербург, 1-.)92

Робота выполнен* в Нижегородском политехническом институте -----

доктор технических наук, профессор И.В.КОТШР

доктор технических наук, ' профессор В.А.РАССОХЛН

кандидат технических наук, доцент А.С.ШТРОЙ

производственное объединение "Невский машиностроительный завод им. И.М.Ленина"

яучный руководитель : официальные оппоненты:

¿едущая организация:

Защита состоится

нп заседании Специализированного совета К Q63.3b.23 в Санкт-Петербургском техническом университете по адресу: 196251, Санкт-Петербург, Шлитехническая ул., учебный корпус, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института.

Автореферат разослан " г.

'(^Ш 1Э92 Г. в

4£

часов

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

А.С.Ласкин

0Е4АЯ ХАРАЛ'яРЛСТиКА РАБСЖ Актуальность работы. Малоразмерные турбины (МРТ) мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких киловатт и диаметром до 100 км широко применяются в различных отраслях техники: в бортовых источниках питания космических и подводных аппаратов, в гелиевых и водородных турбодетендерях, в агрегатах наддува мЬС, з ручном внев-моинструменте, в высокооборотных шлифовальных и сверлильных головках, в микроэлектростанциях на автономных линиях связи, в турбогенераторах систем катодной защиты газовых и нефтяных магистральных трубопроводов и т.п. Большинство жРТ выполняется с подводом газа на части дуги окружности соплового аппарата (СА), при этом доля потерь энергии от парциального подвода может быть весьма значительной.

исследования парциальных :«РТ проводились в ведущих отечественных и зарубежных лабораториях, однако физические явления в них до сих пор недостаточно изучены, поэтому известные методики расчета вентиляционных и краевых потерь дают результаты, сильно .различающиеся между собой и приводящие к большим (до 200.. .300>$) погрешностям при расчете турбин. Это особенно существенно для МРТ с малой пярциальностью, у которых в силу специфических конструктивных и режимных особенностей (больаих относительных зазоров и толщин кро-'мок, повышенной неравномерности и нестяционарности потока на входе в рабочее колесо (РК), относительно больших теплоперепадоз на ступени к др.) энергетическая эффективность невысока, а потери от парциальности могут быть соизмеримы с их эйектиачой мощностью. Таким образом, исследование парциальных ьРТ с целью повышения их эффективности представляют собой актуальную научную зядачу, имеющую важное практическое значение.

целью дисседтлннопяой работы является повышение энергетической эффективности парциальных ли5! на основе изучения физических явлен;:!! и газодинамических процессов течения газа на краях дуги подподя и в зоне неактивной дуги.

определены следующие задачи исследования:

- разработать методы расчета вентиляционных ¿в и краевых потерь в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров РЛ;

- разработать и исследовать конструктивные методы совершенство п^иия парциальных ступеней за счет снижения и '

/..етог.ь' исследования. Реление шотяшгеннюс задач осуцестмялось путем экспериментальных исследований ступеней осени ¿РТ со специально спроектированными типоразмерними радами СА и РК; аналитического исследования полученных математических моделей. ;1сследо-вякие течения в пярулльной гурбхие осуществлялось путем шзупли-зяции течения по следам, оставляемы: окрашенным потоком ка периферийной цилиндрической образующей ступени. Планирование к обработка результатов исследований выполнены методами математической теории эксперимент«. Расчеты производились с применением стандартных программ математического обеспечения сШ.и типя ЗВМ .

Пя.учн"я новизн». I. Рязряботяня физическая модель течения газа в парциальной турбине ня основе визуализации потока в проточной части ступени, Исследования позволили уточнить представления о механизме краевых потерь, которые, в ччстности, определяются:

- значительна (в 2...3 раза) увеличением средненнтегрально-го угла потокя при введении парциальности 8 по ерпвнению с полног.одводньии ступенями;

- существенным (в 1.Ь,,,2 разя) изменением локальных значений сС /по фронту дуги подвода по сравнению со среднеинтег-ралькым .углом потока;

- при малых и/Сцз трением закрученного навстречу движению РК активного потока на выходе из ступени о рабочие лопатки.

'¿. шлучены зависимости для вентиляционных к краевых потерь, дяэдие хоролую сходимость для турбинных ступеней в широком диапазоне конструктивных и режимных параметров.

Степень достоерности результатов. Достоверность научных результатов обосновяня: проведением серий экспериментальных исследований с трехкратным повторением опытов; статистической обработкой экспериментальных данных с оценкой погрешности измерений, однородности дисперсий, адекватности результатов; сравнением полученных результатов с экспериментальными данными других авторов.

практическое значение работы. I. Разработаны методы совершенствования парциальных турбин, в частности специальное профилирование СА:

- в ¡лРТ с единичным соплом предлагается применение СЛ с сопловыми каналами, имеющими удлиненную выходную часть;

- в ступени с группой сопел предлагается изменение .углов крайних сопловых каналов относительно базового геометрического 2

угла CA с£ a-

¿. Разработаны и испытаны различные конструкции газодинамических ограничителей частота вручения холостого ходя пхк , основанное ня использовании явления вентиляции неактивного газа.

■личнь'й вклад автора. йсе мчтеркяла бии получены либо явтором, либо при его непосредственном участии.

Автор зтцт;ае?: физическую модель течения газ я в парциальных гурбинях; конструктивные способы повышения их энергетической эффективности; методики расчета вентиляционных и краевых потерь; га-юдинамичесхие методы снижения частоты врадения холостого ходя ?урбслриводов.

Реализация в птомагзлснност!'. iipn непосредственном участии яв-?ора создяны четыре типоразмера пневмо;,:ад:н с турС'оприЕЭдом, внед-зенньк в Никнем ¡¡овгороде ня Машиностроительном и Телевизионном вводах, в iV/.öbs в *1нстктуте сверхтвердых материалов Академии неук 'краины с годовым экономическим эффектом ib? тысяч рублей (в доре-юрмеккьэс цен»х).

Апро6°цк.ч р-уоты. Основные положения работы докладывались ня ¡яучко-техничееких конференциях: научньзс конференциях молодых уче-:ьх 1'орьковскоП области (Горький, I'JbJ); отраслевой кяучно-

'ехнической конференции "иопроеы попьиемия надежности и эффектив-ости судовьх энергетических установок" (Владивосток, Hob); сек-;ии кяучного совета IV.T "Разработка методов и средств активно;1, иягностики топочного кроцесся, снижения рреднюс внбросои в ятмос-сру и лоььиго'ия надожкост;: работ:.: энергетических ягрегятов'ЧГорь-ий, 'Idcii); г-сесоюзной мст.рузовской конференции по газотурбинным комбинироп^ьнь-у, установкам (..I. , кГ1У, 1991).

Публикации. Ю материалам диссертации опубликовано II работ, том числе Ь положителнн!« р:лепий ня изобретения.

Структура :■ обьем Р"Гчгл.1. диссертация состоит из введения, яти глав и заключения.

ОбциЯ обьем работы составляет <¿03 страниц машинописного тек-та, в том число рнеднкоп, 1о таблиц. Список использованных сточников включает ХСл) наименовании.

iVüjuT.'J

¡ц-i мгпдгч'ш: обоснована актуальность исследований, изложены х 1и;ль и зядячп.

fi ipipnofl рдщч? ирипсдст.'н рааультаты аналитического обзора рл-

бот по исследованию парциальных турбин, проанализированы физические представления о природе возникновения потерь от парциальности, зависимости разных- авторов для вентиляционных и краевых потерь. Гйказянч.,- что расчеты по известным методикам дают результаты, значительно (б несколько раз) различающиеся между собой к с экспериментальными даккы.«. Наилучшую сходимость в определении мощности вентиляции дает метод И.Б.Котлкра и Е.П.Кончакова, который основан на описании движения газа вследствие его захвата кромками лопаток, ' . а также под действием центробежных и кориолисовых сил.

Зависимости разных авторов для краевых потерь существенно отличаются пэ структуре, что объясняется различной интерпретацией явлений на краях активной дуги, а также отличиями в методах кх экспериментального определения.

По результатам обзора сформулированы цель и задачи исследования, определены пути их реализации.

Во зторзй глдве приведено описание разработанных в tiiU при непосредственном участии автора экспериментальных установок и технологического оборудования для изготовления иРТ. Экспериментальный стенд позволяет определить: внутренние момент Мj , мощность М^ и к.п.д. th , эффективные момент М? , мощность t\lg и к.п.д. , цощность вентиляции Alg г.ри 6=0, среднеинтегралььые характеристики OA JUg , (р , сС fjtp .

Основной отличительной особенностью стенда является применение газостатических подвесов измерительных узлов, полностью исклю-чащих трение покоя и обусловливающих высокую чувствительность установки. Относительная систематическая ошибка измерений в большинстве опытов не превышает 1%.

Установка для визуализации газоюго потока позволяет изучать ' физические явления и механизмы течения в проточной части ступени.

Технологическое оборудование, включающее в себя копировально-Фрезерные устройства, позволяет изготовить плоские и кольцевые решетки СА и Рй с цилиндрическими и объемно-веерными лопатками.

Третья глава посвящена исследованию течения активного потока в парциальных MKT методами визуализации и разработке конструктив- ■ ных методов повышения их э'£фективности. Объектами исследования являлись осевые ступени МРТ, параметры которых варьировались в диа-

Анализ результатов визуализации позволил выявить ряд ванных физических особенностей течения в проточкой части фциалькой ступени, а именно:

- гр?нкцы потока ¡¡а кэсоде из образуют конус со значитель-

закрученного против направления вращения Рл, двинется вдоль фрэн-гя его лопаток, препятствуя- вращения;

- длина дуги активного потока в рабочей решетке бользе геометрической степени г.арцняльностп СЛ приблизительно на Щ'э дут:: экрутпости, что несколько ьыи:е значения, предсказанного эмпирической формулой Л.й.^ейчя; приращение дуги происходит на участке, лрккыкчкщем к крайнему соплу со стороны выхода лопаток РЛ из активной зоны, это обусловлено уменьшением величины локального угла потока на выходе ::з крайнего сопла; на указанном отрезке дуги происходит взаимодействие вентилируемого газа с активным потоком;

- при сверхзвуковых теплоперэпадах'в осевой зазор на неактивной дуге распространяются скачки уплотнения, постепенно затухающие на участке, разном приблизительно трети длины дуги окружности;

- на части дуги окружности, г.римыкащей к крайнему сопловому каналу со стороны входа лопаток Рл в активную зону, взаимодействия активного потока и вентилируемого газа не отмечено.

Визуализация гчза на выходе из лзсяяровяьькх СА позволила определить следующие особенности течения в осевом зазоре:

- значительное (в 2...3 раза) увеличение средьепьтегрального утл-'' потока „(131р при, впедени;: г.ар:,иальпоети по сравнен!-.» с полно-[¡одкоднымп СЛ, 5 результате чего увеличиваются потери, в лопатках Мое выходной скоростью;

- в парциальных СЛ Гранины потока образуют конус с углом раскрытия 40...ЬО0, причем со стороны выхода лопаток Рл из активной зоны локальный угол (¿/зф стремится к нуля, т.е. поток прилегает

к фронтальной поверхности СА; перестройка потока вдоль фронта СА приводят к возникновению кздпгс э'«емл:оннк'х течений в осевом зазоре;

- такое течение обусловливает возникновение больших углов атаки на краях дуги подвода: положительных со стороны выход а лопаток Рл из активной зоны '(межлопаточные каналы Ра работаят как диффузор) и отрицательных со стогны входа лопаток РА в актнш;ю зону (?-южлотточ!|1ы капали Рл работают как сопла); это вызывает значительное снижение коэффициента! (р рабочих лопаток.

Риз. I . Сопло с ул,л1:н-'К!1о;; вясоддаИ чоотв»

?у,с.г . С:/«еаю - расшяряющгося сопло

Гис.З . Оптимальней сопловой а.шарат (£ = 0,<&1)

Ь'

с. . ".ас-,и г.-^чprimero к.;..д. :.¡4M.:aei>uwi

С"y;:i:!i!"¡í ü едии.-.чн:;:.:.; соплам.; or U/Cu3 j a>¿.^r = -ÍS

счупень С C£>:»03t!M cOi-TOBuM a:;;.«p¿;i'jm ( Ра/%сг = 5,v. ) ; 2„- cvyse:n» с C3¡..13?jm сипарстсм с .^¡¡'Il-iíiio;: e.jx3,-;:io¡:

< ; 5# -г-.y..wib с <y»-:m - рссзк^кл^лия ° uomos^: п'н.г.рагзм :

-%У%стГ i,C; 5,C; 5/,;

óaWMITO« b ьру.яцсго «lUHIW iíCcVHV'c'Cf.'m .C i.í o

. .......v. (p'/p * „ s, ■

С учетом результатов визуализации активного потока проведена серия экспериментов по совершенствованию пярцияльных ..1РТ.

Объектами исследования были ступени с единичным соплом и ступени с группой сопел.

Эффективность ступени с единицам соплом гааыаона за счот приг-кенения сукящегося сопля с удлиненной выходной частью (рис. I). Относительно СА, выполненного из б"зе обычного профиял с оС= 16°, угол раскрытия потока ^ оказался примерно в 1,0 раза меньше (при Ро/Ът-Я- ЬРП параметра: ё = 0,077; (с = 3 ю.:; О^р

- км;

¿1°; £п = 4 мм; Всрр = 32,6 мм; Вр = 6 мм; а,/Ър = 0,03;

/ ' / г г / '

аг/др = 0,1; Ро/р2№= [ Сцз = 0,2 такое согло повышает к.п.д. ступени на 11% (относительных). Исполнение выходной части в варианте расширяющегося сопла (рис. 2) позволяет дополнительно снизить волновые потери, ликвидировать отклонение потока в косом срезе и повысить к.п.д. относительно ступени с базовькСА на Ш (рис.4).

Повышение эффективности №Т с группой сопел (5 > 0,2) осуществлялось за счет специального профилирования стенок крайних соглоеых каналов. Эксперимент проводился ня базе решетки СА с углом 12° при ё = 0,231; и/Сцз = 0,3; Ро/^2Ст = а (другие параметры эксперимента те же). Со стороны входа лопаток РК в активную зону геометрический угол стенки о(варьировался: 12, 6, 4°. Со стороны выхода лопаток РК из активной зоны угол стенки с(( варьировался: 12, 16, 20°. испытания ступеней позволили выбрать оптимальную решетку СА (рис. 3). Результаты эксперимента представлены на рис. 5. Относительно базовой ступени к.п.д. повышен на 4,5%.

о, 26

<?25

0,24

^^ ' с ли

Л, = /2° % = 0,23/ и Т(Хс)о,ЪЪ

/2°

/6°

20°

Рис. 5. Шлный факторный эксперимент по выявлению оптимального сочетания углов крайних сопловых каналов.

Четвертая глава посвящена исследованию вентиляционных и краевых потерь, с основе определения вентиляционных потерь лежит метод И.В.Нотляра, в который в результате эксперимента внесены коррективы. Метод выражается зависимостью:

где Kg - комплекс коэффициентов, учитывающих влияние режимных и геометрических факторов, не ьоаедщих в модель (I); С - постоянгый множитель.

Коэффициенты В и D определялись при l^cp ~ ^йГ ; 5р/DCp = idem • поэфрпцнент П определялся при dp/DCp = = 1/ОГ; tJDcp - idem. Определены коэффициенты зависимости (I): В = 5,2; d = I; П - 0,35; С = 42.

Предварительные эксперименты позволили представить выражение для в виде: Kj: = KDeK£p Kt K^K^ Har(K ai + Ка2).

Зависимости для коэффициентов влияния определяющих режимных и конструктивных факторов: числа ( Я^), перепада давлений ня РК АР/Р (^¿p) относительного шага tp/5p ( Kf, ); углов лопаток fll и ^ ^/3 и ^а/3 ); углов кромок направляющего а гидрата (если он имеется па неактивной дуге df ( К); радиального Q.f (Ад/-) и осевых зазоров перед и за РК Q/ и Bj ( Kat и ^02 ) получены в результате однофакторных экспериментов:'

К (2,6 10S\M м 3-Ю5

Дхг~[ пе / > где М ;

3ГО '+ Re

Dro U

= I КЛр-1*15Ар1р\

К{ = tf0,12(^-0,7) г кг0,55+0,016Р°ср,

_ i /_cC'f W-J°\V5

Kj-l+\uo,2a*2)\U2a*) 90 \ no) '

»носители А к В приведены в табл. I.

Таблица I

Зависимости для коэффициентов А и Ь выражений, входящих в (4)

ка/} Кс 1 ка2 Каг (без бандажа) Каг (с Оандяжом)

Открытая камера А 0,6 <г Рр 0,3

В 0,о 0,5-^+0,35 0,5 +0,35 Ьр 0,5 • 1,0

с я Н си 3 щ ■А с! с. к ■п А 0,6 ( гР \ °>3 • !?рХ0'35 Щ) 0,3

В 2,0 £Р 0р 5Р 0,5 1.0

Сравнение с результатами экспериментов разных авторов, проведенных на РК диаметром от 0,03 до I м, позволяет сделать выюд о достаточной для практических расчетоз точности методов ( (5/1/^ <'¿о%) в иироком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров, особенно для полноразмерных турбин. Ьткм он выгодно отличается от других методов.

Эксперименты показали, что зависимость (I), кмещая достаточно универсальный характер дает Есе же существенную (до 40%) погрешность при расчете ступеней с очень малой относительной высотой лопаток ( £р /дер < 0,4), что характерно для ряда г.Р'Г. Поэтому базовая зависимость для (I) была откорректирована с учетом того, что-при 1р , стремящемся к нулю, -вентиляционные потери преобразуются в потери на трение цилиндрического обода диска. Более . универсальная зависимость для расчета в широком диапазоне изменения конструктивных и ре.тамньк параметров имеет вид;

где К £ - комплекс, определяемый по (И).

Про веденное сравнение результатов расчетов по (3) с различными экспериментальными данными позволяет сделать вывод о хорошей сходимог:,/ метода и рекомендовать его для практических расчетов. • 10

Коэффициент вентиляционных потерь определяется по формуле:

. Ng(iS) K'Kzd+V^H-^f35 ({p-r 0,2 6р) [и f 6в =

- *

№

(4)

Л't Sind, ¿V Vu3}

, 2/T-40-IQ'3 гле K= зирург^г ~ 0,4. -0,45.

дня ¡viPT, в которых Ng может быть соизмерима с внутренней мощностью ступени из-за малых S ' , больших относительных радиального и осевых зазоров, других факторов, сходимость полученной зависимости ( SNß < 25%) оказывается недостаточной. Поэтому было решено доработать зависимость (¿¡) с учетом взаимного влияния радиального ( Ог ) и осевых зазоров перед и за PK ( П1 н-> 02 )» я также высоты лопаток, которое для 11РТ оказалось существенным. Для этого комплекс представлен в виде:

КС-К*еКЛрКрК'г.™ K'z=f{~ ^т/i)- (5)

Исследование влияния Kg на /Vg проведено на б,азе математической теории эксперимента по полному факторному плану 3^ при U = 150 м/с. Другие параметры эксперимента: § = 1,2 кг/м3; DHOpp = 36,6 мм; др = 6 мм; ß2 = Io°; (р = 1,52; 3; 4,4ö км. Для удобства операций факторы представлены в кодированных значениях. Кодировочные зависимости:

f (arßi>)-°.2 ~ JJp/BphOJ

0.1 *2~ 0,246

у JOiBt^i у (а2/6р)-0-55

V ' V—Т5 • (б)

Параметры варьировались на трех уровнях: -I; 0; +1. Результат федставлен в виде регрессионной зависимости 2-го порядка вида:

'де К - число определяющих факторов.

1Ьсле отсева незначащих коэффициентов (по критерию Стьюдентя) ыражение для Kz приняло вид:

4,tb + ü.öXj - O.öXj, + 0,61X3 + 0,_42X4 t O.O^XjX, O.OVX^*

+ 0,04X^X4 - 0,07X3X4 V ü.Üöxf - 0,06X1 - 0,09X§ - 0,05X^ . (7)

(9)

Коэффициент Цр определялся в отдельном эксперименте:• . / , 0,014/3

■ • (о)

Окончательное выражение для мощности вентиляции ¡.¡?Т: 0,014р » й »тс

где /(^ - комплекс, определяемый по (6), (7).

Краевые потерн экспериментально определялись как разность:

1кр= , (10)

что для шРГ представляется наиболее обоснованным.

Исследовалось влияние четырех основных параметров: <§ , аС1Г , У / ^из > которые варьировались в пределах: £ = 0,231...

о,¿46; Р£/Р2Ст= 2...о; и/Сщ = 0,1...0,3..дру-

гие параметры эксперимента: ёс = 3 мм; с = 32 мм; ¡¡>2г = 16,. 21, ¿6°; (р = 4 мм; 6р = о мм; = 0,03; = 0,1.

Зависимость для аппроксимирована выражением:

Я 5МеС,(0,5+2,176) (П)

Таким образом, в результате проведенных исследований получены зависимости для краевых и вентиляшюнных потерь, которые могут применяться в инженерных и оптимизационных расчетах трубопроводов.

Лятпя глаза посзяцена разработке и совершенствованию малоразмерного пне вмоииструирьт» с парциальным т^рбэ при водом. С целые повышения ресурса турбома;.1ин разработаны и испытаны конструкции газодинамических ограничителе!1, предельной частоты вращения холостого ходя, основанные на использовании явления вентиляции газа на неактивной дуге, ¡¡олокителььцй э[>Ьек1 достигается благодаря кубическому характеру зависимое.и Сщ).

мля специального увеличения вентиляционных потерь до требуемой величины в корпусе СЛ на неактивной дуге напротив лопаток Р.Ч. размерена проточка, разделен!.ал перегородками, ¡шоме того, в корпусе РК ВЬПОЛНСНЫ специальнкг." родипЛЫ'ЫО ВСНТИЛЯЦИОННие КаЦаЛЫ.. При небольшом падении К.П.Д.. на рабочих режимах ( Ау ^ < '¿,з при и/Сцл а о,«;) частота вр№Ц11И!Я На У.ОЛЧСТОМ ХОДУ CHK.it'ЛШ На 11)... '¿0% (рис. б), что с/до^тиен;: > .'/ПОЛИЧИВаЯТ рссур': ПОДШИПНИКО л и

и

уменьшает напряжение во вращающихся деталях. Конструктивная схема испытанной'ступени изображена на рис. 7.

Рис. 6. Зависимости внутреннего к.п.д. и вентиляционных потерь парциальных турбин от и/Сиз : I - базовая ступень; ¿ - ступень с ограничителем частоты вращения.

Описанные в работе методы расчета и совершенствования реализованы в серии пнеаматических шлифовальных машин. Разработанная физическая модель течения газа в парциальной турбине позволила сконструировать турбину повышенной эффективности для привода прецизионной шпиндельной головки. Ступень включает в себя вспомогательные сопла на неактивной дуге (рис. 8) с утлом сС1 ¿СЛОМ < близким к нулю, через которые проходит 10...11$ газа. Конструкция, являющаяся развитием разработки кафедры "Турбинострсение" Санкт-Петербургского технического университета, позволяет ликвидировать неактивную дугу, а вместе с ней краевые и вентиляционные потери. Испытания в рабочих условиях показали, что для достижения заданной мощности ступень требует ня '?.'.. 10% "меньше воздуха, чем традиционная центростремительная турбина.

па основные узлы туроомааин получено о положительных решений на изобретения, в стадии рассмотрения находятся еде 4 заявки.

Рис. Т. Ступень с ограничителе:.-. Рис. ь. центростремительной частоты вращения: I - СА; ступень: I - OA; Z -

2 - проточка; 3 - венти- основные сопла; с -

ляционные канала; <t -изолированные секции.

вспомогательные сопла; 'к - Pu.

3 J Îi у

I. Разработан метод исследования течений в проточной части турбины, который г.редстаатяет собой визуализацию по следам, оставляемым окрашенным потоком на наружной цилиндрической образующей ступени. Метод позволил разработать физическую модель течения' в парциальной турбинной ступени, уточнить причина возникновения потерь от неполноты впуска. Они, в частности, определяются:

- структурой потока на исходе из Pri, гр-нинн которого образуют конус со значительным углом рпскрытия; при мялих U /Си} отработанный газ препятствует врпгцению РК;

- увеличением средненеинтегрального угла потока при введении парцкяльности по сравнению с полноподводной решеткой;

- изменением углов атаки лопаток Pit на краях активной дуги.

На базе исследования течений в проточной члсти парциальной

МР'Г определани основные фагторч, влигтие на краетте потери. Разработчик зависиуость для £, Î4

• кр

2. На основании аналитического изучения движения газа в меж-эпаточном канале на неактивной дуге i.lPT определена базовая мо-зль процесса - зависимость мощности вентиляции от геометрических чряметров, отражающая движение газа как вследствие его "захвата" ромкями рабочих лопаток, так и под действием центробежных и ко-юлисовых сил. Влияние геометрических и режимных факторов, не во-;даих в базовую модель (углов лопаток, относительных радиального осевого зазоров, числа Ре и др.), определено из отдельных экс-зриментов и выражено однопараметрическими формулами. Полученная >висимость для вентиляционных потерь дает хорошую сходимость: рас->ждение с большинством известных экспериментов разных авторов, »веденных с Pri диаметром 0.03...I м, не превышает 205. Ьто газ->ляет рекомендовать метод для практических расчетоз.

Для г.1РТ, величина вентиляционных потерь которых соизмерима с : внутренней мощность», метод расчета мощности вентиляции дорабо-!Н с учетом взаимного влияния радиального и осевых зазоров, а тяк-i высоты лопаток. ¡Ьлученная зависимость яачяется совокупностью 1э0в0й модели вентиляционных потерь и регрессионной зависимости; ! адекватность подтверздена с помощью критерия йшеря; расхожде-ie с экспериментами не превышает 4>.

3. Разработаны методы совершенствования парциальных :«1РГ. Эф-!Ктивность ступени с единичным соплом повышена за счет примеке-[я сопловых каналов с удлиненной выходной частью (

Эффективность ступеней с группой сопел по пшена за счет сг:е— [ального профилирования крайних сопловых каналов ( ^ =>

4. Разработаны и испытаны конструкции газодинамических оградителей предельной частоты вращения холостого ходя МРТ, основан-1в на«испольэовании явления вентиляции газа на неактивной дуге, значительное снижение к.п.д. на рабочем режиме (до ведет к еньшению предельной частоты вращения на 15...¿0%, что сущест-нно увеличивает ресурс подшипников ротора турбомчшин, уменыла-

напряжения во вращающихся деталях.

Разработан типорпэмерный ряд пневматических машин с пар-альными турбопришдами и тзостатическими подшипниками, при оектировании которых применялись новые технические решения, на торые получено b положительных решений на изобретения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих ра-тах:

1. Кстляр И.И., Кузнецов ¡0.11., Чуваков А.Б. Расчет потерь на вентиляцию в парциальной ступени турбины // Новые технические средства освоения океана.- Нижний Новгород, I99I.-C. 2U-33.

2. Котляр П.В., Кузнецов Ю.11., Чуваков А.Б. Метод расчета вентиляционных потерь в турбоприводе // Тезисы докл. Бсесоюзной межвузовской конференции по газотурбинным и комбинированным установкам.- in., 1991.- С. 64.

3. Котляр A.b., Кузнецов Ю.ц., Чувяков A.B. Метод детального расчета потерь ня вентиляцию в парциальной ступени турбины // Изв. вузов Знергетикя.- 3 печати.- 10 с.

4. Кузнецов ЮЛ!., Чувяков А.Б., Воеводин АЛ'. Некоторые особенности распета и выбора параметров турбоприводя судовых вспомогательных механизмов // Проблемы повышения надежности и эффективности систем и устройств судовой энергетики. Межвузовский сб.-Горьклй, 1984.- С. Iü2-IüV,

,5. Кузнецов ЮЛ1., Гусаров С. А., Семашко U.U., Чуваков А.Б. Стенд для исследования микротурбин с газостятическим подвесом ротора и измерительного узла // Информационный листок № cü-70 Торь-ковского цпТ»1, I9üb.- 4 с.

ь. Кузнецов ¡О.П., Чуваков A.b., Бердников Л.А. Установка для визуализации потока в элементах проточной части турбинной ступени // Проблемы автоматизации исследований и проектных решений в судовой энергетике. Межвузовский сб.- Нижний Новгород, Г990.-С. 90100.

7. Заявка на изобретение № 4о41369/СЙ, F01Д 1/06. Положительное решение от ¿7.03.91. Регулируемая пярцияльняя турбина / И.Б. Котляр, Ю.П.Кузнецов, А.Б.Чуваков, П.Ь.Семяшко.

В. Зяявкя ня изобретение № 4ö3üO29/06, Р'и 1Д 21/02. Положитель ное решение от 07.06.9i. 1урбинный пневмодвигягель / П.З.Котляр, h.Л.Кузнецов, А.Б.Чуваков, il.Ь.Семяшко.' .

9. Заявка ня изобретение > 4ci7i7üo/0ö, Г01Д 9/02. Положительное реаение от <6,06.91. Малорясходняя турбина / ri.ü.Котляр,

Ю. П. Кузнецов, А.Б.Чувяков.

10. Зяявкя на изобретение № 4ÜG0974/06, 1\ЛД 15/06. Пэлокител ное решение от. 30.03.ä. Парциальная микротурбина / и.В.Котляр, Ю.П.Кузнецов, П.ь.Семашко, A.b. Чувяков.

П. Заявка ня изобретение л' 49J007I, 1'01Д 1/00. Положительное реяюнке от 26.06.92. Рядиллышн турбиня / tu В.Котляр, Ю.П.Кузнецов, Чувяков и др. ц, и

ю