автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Разработка усовершенствованного метода расчета осредненного осесимметричного течения для проектирования ступеней турбин с лопатками сложной формы

На правах рукописи

БОШСОВ ФЕДОР ПЕТРОВИЧ

РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ОСРВДНЕННОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТУПЕНЕЙ ТУРБИН С ЛОПАТКАМИ СЛОЖНОЙ ФОРШ

Специальность 05.04.12 - Турбомашины и турбоустановки

Автореферат •*

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

1993

Работа выполнена в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И.Баранова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук профессор М.Я.Иванов

Официальные оппоненты: доктор технических неук профессор М.Е.Дейч

кандидат технических наук начальник грунта В.В.Зикеев

Ведущая организация: научно-производственное объединение "Сатурн" им. А.М.Люльки

Защита состоится в аудитории Б-409 " 8 " октября 1993 г. в 15 час. 30 мин. на заседании специализированного Совета К 053.16.05 Московского энергетического института

Автореферат разослан " 6 " сентября 1993 г. Отзывы просим направлять во адресу: 105835 ГСП, г.Москва 3-250, Красноказарменная ул., 14, Московский знергзтичеокий институт, Ученый Совет МЭИ.

Ученый секретарь специализированного Совета К 053.16.05

к.т.н. ст.н.с. --. А.И.Лзбедова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений повышения эффективности турбомашин является совершенствование элементов проточной части, разработка и исследование новых нетрадиционных способов проектирования лопаточных аппаратов с учетом пространственной структуры потока и эффектов вязкости. Это направление газодинамических исследований занимает важное место в научных и практических работах ведущих организаций и фирм, специализирующихся в области аэродинамики турбомашин. Широкое.применение численного моделирования газодинамических процессов на основе современных методов расчета позволяет ставить и решать задачи повышения эффективности турбомашин, значительно сокращая затраты на проектирование.

Опыт многих исследований показывает, что достижение максимальных значений к.п.д. турбомашин связано с усложнением формы проточной части. Применение непрямолинейных (саблевидных) и наклонных лопаток, аэродинамических меридиональных обводов каналов и других элементов пространственного профилирования может быть обоснованно на ранних стадиях проектирования в результате расчетных исследований. Разработка методики проектирования, как инструмента таких исследований, является основой данной работы.

Цели работы.

1. Изучение современных методов расчета и проектирования проточной части турбин с целью их применения для ступеней с лопатками сложной формы.

2. Разработка усовершенствованного метода расчета осреднен-ного осесимметричного течения и формирование комплекса программ для проектирования лопаток турбин.

3. Верификация расчетных методов. Сопоставление расчетных и экспериментальных исследований. Уточнение и совершенствование расчетных методов.

4. Исследования течения в ступенях с наклонными и изогнутыми (саблевидными) лопатками, с различными формами меридиональных обводов.

5. Разработка рекомендаций по оптимальному применению пространственного профилирования в ступенях паровых и газовых турбин.

Научная новизне диссертационной работы состоит в следующем:

- развита методология проектирования ступеней турбин с лопатками сложной формы, в основе которой комплексное применение методов расчета разных уровней и целенаправленное формирование проточной части с учетом пространственной структуры потока;

- проведены численные исследования в ступенях турбин авиационных двигателей четвертого поколения, а также турбин стационарных установок и разработаны рекомендации по их газодинамическому совершенствованию путем применения трехмерного профилирования;

- разработан новый способ повышения точности численного решения уравнений Эйлера при применении конечно-разностной схемы С.К.Годунова путем компенсации "схемных" ошибок;

- усовершенствованна осредненная осесимметричная модель течения в ступенях турбин.

Практическая ценность работы. Результаты, полученные в диссертации, использованы при проектировании высокоэффективных турбин. Они нашли практическое применение в конструкторских бюро авиационной промышленности, возглавляемых: Чепкиным В.М.; Решетниковым Ю.Е.; ОДуравченко Ф.П.; Саркисовым A.A.; на предприятиях отечественной энергетической промышленности: ЛМЗ; ХТГЗ (НПО "Турбоатом"), КТЗ и зарубежной.

Методическая часть диссертации использована другими авторами в работах по совершенствованию методов расчета.

Степень достоверности и обосновамности результатов. Результаты, полученные в работе, сформулированные выводя, научные положения и рекомендация согласуются с пз постными закономерностями и представлениями об особенностях гасодшишических процессов в турбомашинах и прдтвевдаются удовлетворительным согласованием с результатами экспериментальных исследований, а токае результатами расчетов, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- У1 Всесоюзной школе "Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов решения задач математической физики",

г. Н.Новгород, 1986 г.;

- Отраслевой научно-технической конференции, Москва 1986 г.;

- Всесоюзной межвузовской конференции по МГТД, Москва, 1989 г.; ■ •

- II Межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы газовой динамики двигателей и силовых установок", Москва, 1991 г.;

- научно-технических конференциях ДИАМ, 1985-1992 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ.

Личный вклад автора заключается в разработке алгоритмов и программ расчета течения и методики пространственного профилирот-вания, в разработке усовершенствованного метода расчета осестг-метричного течения и его применении при проектировании ступеней турбин с лопатками сложной формы.

Автор защищает метод расчета осредненного осесимметричного течения в ступени турбины с учетом потерь, массовых и энергетических источников, результаты расчетных исследований ступеней с наклонными и изогнутыми (саблевидными) лопатками и различными формами меридиональных обводов, рекомендации по оптимальному применению пространственного профилирования в ступенях паровых и газовых турбин.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 69 страницах машинописного текста, иллюстрированного 76 рисунками. Состоит из введения, четырех глав основного текста, выводов, списка литературы, включающего 69.наименований. Всего 135 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы и приведена краткая характеристика работы."

В первой главе рассмотрено состояние вопроса, приведен обзор методов расчета и проектирования ступеней турбомашин, формулируются задачи исследования, дано описание метода решения.

Для расчета осредненного осесимметричного потока наибольшее распространение получил метод кривизны линий тока (и его упрошенные постановки) для стационарных уравнений движения. В ряде случаев программы расчета на основе метода КЛТ дают неустойчивое решение в области смешанных до - и сверхзвуковых течений, где стационарная система уравнений газодинамики изменяет тип.

Проблема расчета течения с областями, описываемыми как уравнениями эллиптического, тая и гиперболического типа, при наличии сильных разрывов параметров потока решена в методе установления,

когда задача сводится к решению уравнений нестационарного течения. Эти уравнения относятся к гиперболическому типу для всех чисел Маха, Предполагается, что асимптотическое решение, получаемое в результате итерационного процзсса, представляет собой действительное решение уравнений стационарного течения.

Методы, основанные на решении уравнений относительно функции тока,также применяются при решении осесимметричкой задачи. Их преимущество по сравнению с методом установления - быстродействие. Проблемы расчета смешанных трансзвуковых течений и "перегруженность " основного уравнения являются препятствиями для более широкого применения таких методов»

Второе направление обзора работ по решению осесимметричной задачи обуславливается многообразием подходов к осреднению в окружном направлении полных уравнений газодинамики п связанному с этим выбору поверхности тока в межлопаточном канале. Полнота выделения влиявших членов в осредненных уравнениях определяет возможность учета пространственных аффектов в сложных межлопаточных каналах. Эта задача является центральной для всех методов, При строгом осреднении уравнения получаются аесыщ слоеными, количество неизвестных превосходит количество уравнений.

Осреднение с неполным учетом эффектов окружной неравномерности (пульсаций) потока влечет за собой необходимость анализа влияния принятых допущений, поскольку дополнительные члены урав-нелий,; содержащие пульсации, имеют порядок величин пульсаций и их производных» В настоящей работе представлены результаты, характеризующие погрешности решения, осрзднешшх с допущениями уравнений,»путем сравнения с результатами, пс^учетшмп в пространственном расчете и экспериментальными данн^л.

Следующий аспект расчетных исследований сызан с пргблиаен-ным учетом реальных свойств газа при сохранении основных свойств идеальной среды, описываемых уравнениями 32лсре. Он заключается в определении эффекта влияния осредненного действия вязкости. Согласно этому подходу в уравнения двпгения вводятся сшш сопротивления е звде источниковых членов, моделирующих влияние газодинамических потерь яа идеальное течение. На идеальное тачание накладывается поле сил сопротивления, уточшшгеэ (на величину потерь) поле скоростей. При решении нестационарных уравнений (катод установления) поле сад сопротивления в каздый момент времени зависит от вйля скоростей потока. В случае сложного течзшя (со скачками уплотнения, зонами глубокого торможения) появлдэт-

ся проблемы обеспечения устойчивости итерационного процесса, которые решены в данной работе.

Опыт ведущих отечественных и зарубежных фирм свидетельствует о том, что разработка методов расчета, позволяющих учесть реальную структуру потока, легат в основе успешного применения пространственного профилирования лопаточных аппаратов турбомапшн. Сопоставляя работы в втбм направлении, усматривается общность идей и целей - получение оптимальных распределений параметров в области стыковки лопатки с торцевой поверхностью. Лопаточные венцы преобретают новые черты, такие как: профилирование меридиональных обаодов, изгиб лопаток в осевом и окружном направлениях.

Определение формы межлопаточного канала, формирующего поток о уменьшенными градиентами на обтекаемых поверхностях в окружном и радиальном направлениях в зонах формирования вторичных течений и распределением параметров, близкого к оптимальному, в направлении потока - является цельо пространственного профилирования венца турбомаоины. Такая постановка задачи о пространственном профилировании должна быть дополнена условиями согласования венцов турбины, конструктивными и технологическими требованиями.

Целесообразно использование комплекса программ, вклгчающего в себя вообразив подходов от кинематических расчетов проточной части на среднем радиусе, до современных методов расчета пространственного течения о учетом аффектов вязкости. Важным требованием к расчетным методам является точность получаемых результатов, которая в рамках рассматриваемой расчетной модели зависит от порядка аппроксимации решаемых дифференциальных уравнений и от адекватности самой расчетной модели гипотетически существующему аналогу в реальном течении.:

По результатам рассмотрения состояния вопроса сформулированы основные задачи исследования и требования к разработанному методу расчета.

При осреднении уравнений газовой динамики принято допущение - исключаются члены, содержащие произведения пульсаций и их производных. Осреднения в окружном направлении система уравнений неразрывности, движения и анергии, записанная в форме законов сохранения имеет вид:

§(ыг- - ыъ) =///сЫл р г ' р

а =

ргк

ргуък ргугк

Ь =

руг угн р^^уг угк

ругуз \jt-k

с-

руг-угк руг Ыг- Ж К

Г

'i+ 1 1

Уравнения записаны для цилиндрической системы координат (г , Г , У )„ - проекции вектора скорости на оси сис-

темы. Если поверхность тока внутри венцов задать в форме % = (Н , С), то условие движения осредненного потока вдоль поверхности % имеет вид:

= о

где

и - нормаль к поверхности . Коэффициент, учитывающий загромождение канала лопаткам венцов К (2,1") = I - д^/ 0 . выражен через угловую толщину - йУ и угловой шаг решетки - в .

В уравнениях приняты также следующие обозначения: t - время, р - плотность, Я - давление, е - внутренняя энергия, с - энтальпия, сР - угловая скорость вращения, Я - произвольная площадь в плоскости , Г - её граница.

Слагаемые, содержащие Ц, , $тг, $тг, /т<Р учитывают массовые и энергетические источники с интенсивностью £6 , удолькой октальпией 1ь и потери, ц, - вектор определитель поверхностного источника для четырехгранных ячеек. Компоненты силы сопро-тявлеикя (трения) , /ту вычисляются по формуле:

>

5

Т- температура, 5 - энтропия.

Система уранений интегрируется с помощью схемы С.К.Годунова. Для повышения точности численных результатов разработан способ компенсации ошибок аппроксимации. В правую часть уравнений движения введены источниковые члены /ьг, , которые рассчитываются на каждом временном шаге интегрирования, "отслеживая" ошибку в'определении энтропийной функции ( р /)/( ро /). В работе рассматриваются тестовые примеры, демонстрирующие работоспособность разработанного способа повышения-точности.

При выбранном способе осреднения уравнений появляется переменная а р (?,/") - перепад давления между корытом и спинкой, дополнительным соотношением для определения которого является уравнение поверхности ^л - ( IV • И ) = 0. Указанная поверхность тока внутри венцов, которая, в частности, может быть принята как среднемассовая - неизвестна. В данной работе эта поверхность в первом приближении берется ореднегеометрической (скелетной) и уточняется в процессе расчета на основе расходных характеристик решеток профилей вдоль меридиональных линий тока корректировкой производных З'/л/Зг в уравнениях.

Вторая глава посвящена верификации расчетных методов и сопоставлению результатов расчетных и экспериментальных исследова-: ' ний.

Решение осредненной осесимметричной задачи "является модельным, в определенной степени зависящим, как уже отмечалось, от принятых допущений при осреднении уравнений. Поэтому большое внимание уделено выяснению возможностей расчета газодинамических эффектов, связанных с пространственной формой проточной части путем сопоставления с результатами плностью трехмерного расчета и экспериментальными данными. На рис. I показана проточная часть ступени высокого давления турбины авиационного двигателя с линиями уровня статического давления.

Особенностями данной ступени являются, в частности, низкая степень реактивности ( рт =0.06 ) и меридиональное раскрытие проточной части у корня в рабочем колесе. Сопоставление осесим-метричного и пространственного расчетов показало удовлетворительное согласование особенностей течения в корневой зоне

Рио.1 Дчппга уровня приведенного статического давления в проточной части ступени ТВД.

•д

--- "А»

\

» ^

« •

28 30

32

34

А

35

рабочего колеса, имевшего слабо-конфузорный (из-за меридионального раскрытия) какал к, как следствие, даффузорное течение во входной его части. Неохадашшы, однако вполне объяснимы», пространственным эффектом является распределение угла выхода потока га рабочим колесом (рис.2).

Подтверждением приведенных результатов является экспериментальные исследования данной ступени, в результате которых получен к, п.д. значительно юте ожидаемого значения,

В следующем примере рассматривается ступень (рис.3),

торой расчетным к экспериментальным путем исследован эффект применения саблевидных лопаток соплового аппарата.

Наклон, либо изгиб лопаток относительно радиального направления, как известно, изменяет условия радиального взаимодействия в мехлопаточном канале. В результате этого, в частности, перераспределяются: компоненты полного импульса поток«; плотность тока (расход) по высоте; аэродинамическая нагрузка на поверхности лопатки. Анализ этих эффектов позволяет оптимизировать форму лопатки. На рис.4 показано распределение аэродинамической нагруз-

рис.г распределение по высоте

угпа выходя потоке рг .

-осесшетричнш расчет.

• - пространственный расчет.

в ко-

ки (перепад давления между корытом и спинкой) по ширине лопатки, полученное в разработанном осе-симметричном рао-чете л эксперименте. В концевых зонах саблевидной (с вогнутой спинкой) лопатяи уменьшается аэродинамическая нагрузка , формируется благоприятное распределение плотности тока по высоте лопатки, что приводит к уменьшение потерь ог вторичнше течения. Отражением распределения нагрузка по высоте является угол потока, распределение которого характеризуется увеличением в концевых -зонах (снижение нагрузки) и уменьшением в средней сечении (увеличение нагрузки), что получено как в расчете, тех я в эксперименте (рис.5). Соответственно изменяется по высоте работа, совершаемая газом.

Экспериментально исследовано два варианта ступени: с радиальной и саблевидной лопаткой. Ступени были подробно препарированы, проводилось траверсирование потока за сопловнми аппаратами и рабочим колесом. Распределение потерь, свидетельствующее о

• . ч.

рис. ч распределение перепддя давления пежду хорутон и спичкой по пурине /юпйтки. г=г рдсчет, о, в - зхсперипент.

о -!_) ГП

• • 1 1 / /

1 1

-W г ---0<1э

• V ( 1 'V1 »Xi

1

di

£ к

'а 3»

i ¿ г"

> п

г г-* - 0

ib 20 .22 24 26 26

рис. 5 распределение по высоте угла потоке за саблевидным сопловым йптрйтоп. — за, — го расчеты, • - эксперимент.

ti

6 6 10 12

рис. в распределение по высоте коэффициента потерь. О - радиальный. • -саблевидный сп.

сложной структуре течения в двух вариантах сопловых аппаратов показаны на рис.6. Pao-четные исследования с использованием экспериментальных распределений потерь за СА и полного давления за ступенями показали, что улучшение структуры потока за саблевидным сопловым аппаратом приводит к уменьшению потерь и в рабочем колесе. Суммарный положительный эффект по к.п.д. на исследованном режиме по расчету составил (0.894 - 0.881) = 0.013, что близко к экспериментальным данным (0.895 - 0.880) = 0.015.

В работе приведено сопоставление и других параметров, которое свидетельствует об удовлетворительном согласовании расчетных и экспериментальных данных.

В третьей главе представлены результаты расчетных исследований ступеней турбин авиационных двигателей четвертого поколения, в которых применены различные элементы пространственного профилирования.

Наиболее простым (с точки зрения изменения формы межлопаточного канала) способом радиального воздействия на поток является применение лопаток с "навалом", количественно выражаемом величиной угла, образуемого поверхностью лопатки с радиальный направлением. Результаты экспериментальных исследований влияния "навала" на эффективность ступени носят неоднозначный характер и чаще всего не удается выделить заметного положительного эффекта.

Рассмотрено несколько ступеней с лопатками, имеющими "навал" в диапазоне изменения отношения D /h от 3 до 12. Показано, что при одинаковых углах наклона лопаток в окружном направлении степень "деформированности" потока можно поставить в зависимость от соотношения радиального и осевого градиентов, характеризующих поток в целом. Другими словами, чем больше радиальный градиент давления для данного перепада давления на венце (на среднем радиусе), тем сильнее влияние нерадиально установленных лопаток. Так для ступени с d /и = 3 и относительным градиентом давления ( Ркс)>- Реп )/Ptp ~ 100 % влияние наклона лопаток оказалось наиболее сильным.

В каждом конкретном случае существует оптимальная величина "навала", обеспечивающая наибольшее повышение эффективности ступени. Роль расчетных исследований заключается в выделении эффек-тов,влияющих на к.п.д., и выработке рекомендаций, среди которых может быть и отказ от применения "навала".

Предложенное М.Б.Дейчем меридкональкое"подка тие" (рис.7), нашло применение в практике турбиностроения для ступеней с отно-сителвно короткими лопатками, когда воздействие наклона лепаток на поток с небольшим радиальным градиентом малоэффективно. При применении меридионального профилирования такого типа, воздействие на поток получается комбинированным и приводит к изменению градиентов течения во всех направлениях.

hi

п п) t h j /г? t f / f / п i >* /г

Рис.7 Распределение плотности тока и реактивности ступеней с цилиндрически!----и профилированным-СА.

о -

о

2

За профилированным СА уменьшается радиальный градиент давления, что способствует уменьшению вторичных радиальных течений на спинке лопатки в области косого среза. Аэродинамическая нагрузка воспринимается большей поверхностью лопатки. Это означает уменьшение поперечного перепада давления на торцевых стенках. Уменьшение уровня скорости во входной части канала приводит к уменьшении потерь трения. Более благоприятным становится распределение плотности тока по высоте.

Реализация указанных положительных эффектов может дать заметное повышение к.п.д., однако в экспериментальных исследованиях прирост к.п.д. ступени с меридиональным профилированием такого типа в ряде случаев оказывался о ниже ожидаемого . Причиной этого является неоптимальное профилирование у периферии, которое не может быть сведено к выбору только меридионального обвода. На рис.8 представлено экспериментальное распределение потерь для двух вариантов соплового аппарата: цилиндрического и профилированного. На большей части высоты потери в профилированном СА уменьшились. У периферии наблюдается значительное увеличение потерь, связанное, как показал расчет (рис.9), с локальным перерасширениеи потока и последующем диффузорным учаском на спинке лопатки.

Наилучшее распределение скорости получено в оптимизированном сопловом аппарате, спрофилированной4о применением иаогнутнх в окружном направлении лопатох (рис.10). При этом формируется... межлопаточный ка- . ю нал с целенаправленно подобранной пространственной ков$уворвостыо,

обеспечивающей _____^___

о ь'г'Л л. \ ц

плавное изменение • _______________ .л п

шими»га »ИПХРИ 72 7ч Те Те Г. о

скорости.

рис. 9 ряспределение перепмя ¿явления мены КОрыто» и спинкой по пиринг лопптки. у - цилиндрический. г - профилированный. з - оптипизиромнтг.

! А

<?

(

( с. ■О--- --0-

6

12 18 24 30

РИС. а РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ВЫСОТЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОТЕРЬ, о ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ. • ПРОФИЛИРОВАННЫЙ СП.

/_ \

— * а' '/С

■---- •

Четвертая глава посвящена вопросам расчета течения и пространственного профилирования в ступенях паровых турбин.

Большая веерность решеток и меридиональное раскрытие проточной части, повышенные градиенты параметров течения, потери с выходной скоростью и влияние выходного диффузора - некоторые

Рлс.П Лшгая уровня числа Маха в последней ступени паровой турбины о' осеснмметричной частью выходного диффузора.

из особенностей последних ступеней паровых" турбин. Они создают дополнительные требования при применении пространственного профилирования.

Доля концевых потерь в длинных лопатках, как известно, снижается, однако наличие большого угла меридионального раскрытия в направляющем аппарате у периферии (рис.II) создает условия лщ интенсификации вторичных течений и приводит к значительному росту потерь. Экспериментальные и расчетные исследования ступеней с большим углом меридионального раскрытия позволяют оптимизировать форму лопатки для такой проточной части. Здесь целесообразно применять изогнутые навстречу потоку лопатки (рис.12), обеспечивающие уменьшение потерь и способствующие более благоприятным условиям сепарации влаги в потоке, натекающем на рабочие лопатки. Рис.12 Линии уровня при-

В корневой части лопатки в ряде случаев дает большой положительный эффект применение изгиба в окружном направлении (односторонняя саблевцц-

ность (рис.13). ...............; --------------------

Представленные модификации в каждом конкретном случае требуют всестороннего анализа. Например: изменение распределения реактивности по высоте в связи с применением модифицированной лопатки в значительной мере влияет на распределение выходной скорости и условия входа в выходной диффузор. На практике < 61В задача решается в результате многократного применения про г-

раш расчета течения и профили- щ на и^д™ кромет

веденной скорости в модифицированной лопатке.

рования.

саблевидной лопатки.

Для ступеней паровых турбин весьма важным моментом является учет влияния отборов пара на основной поток в проточной части. Представленный метод расчета позволяет моделировать локальное влияние отборов. На рисЛ4 представлено распределение статического давления в межвенцо** вом зазоре без учета и с учетом отбора у периферии в сравнении с экспериментальными данными, полученными в НПО "Турбо-атом" „ Следует отметить общее качественное и количественное (на торцевых стенках у корня и периферии) согласование расчетных и экспериментальных данных.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика газодинамического совершенствования лопаточных венцов и ступеней турбомапшн, основанная на 'численном моделировании осредненного осесимметричного течения. Эта методика учитывает газодинамические потери и источники массы и энергии в виде дополнительных членов в правой части уравнений Эйлера а позволяет оптимизировать газодинамические и геометрические параметры в меалопаточных каналах сложной формы.

2. При разработке методики решены следупдие задачи:

а) па основе метода установления, позволяющего получать. решение в широком диапазоне до - транс п сверхзвуковых скоростей потока, характерных для турбомапшн, предложен и реализован способ повышения точности численного решения уравнений Эйлера путем добавления в их правув часть источииковых членов, компенсирующих ошибки аппроксимации при применении разностной схемы С.К.Годунова;

б) проведено исследование влияния погрешностей, овязанных с допущениями в выбранном способе осреднения (в окруж-: ном направлении) полных уравнений Эйлера, на результаты

рис. ¡4 распределение по высоте статического давления в зазоре с отбором !— расчет, « экспер. 1 и без отбора (---расчет).

расчета осредненного течения и определены критерии оценки достоверности получаемых результатов; в) разработан способ определения межлопаточной поверхности тока 5г , основанный на расходных характеристиках решеток на меридиональных линиях тока, исключающий произ-«. вольный выбор указанной поверхности и уменьшающий погрешности в расчете расхода во всем диапазоне скоростей потока.

3. С помощью разработанной методики были определены геометрические параметры саблевидной лопатки соплового аппарата экспериментальной ступени, моделирующей ступень турбины авиационного двигателя, и проведены необходимые расчетные исследования. В эксперименте получено 1,5$ уменьшения потерь в исследованном сопловом аппарате.

4. Достоверность расчетных результатов, получаемых с помощью разработанного метода определялась в исследованиях течения в венцах с лопатками, имеющими "навал", лопатками, изогнутыми как.в окружном, так и в осевом направлениях, с профилированными обводами проточной части. С помощью специальных расчетов показано, что осреднейная осесимметричная постановка дает удовлетворительные для практики результаты, которые согласуются с результатами пространственного расчета по характеру распределения линий уровня параметров и их распределению по высоте лопаток. Сопоставление расчетных результатов с экспериментальными свидетельствует

о качественном, а в ряде случаев и количес'венном'их согласовании по распределению углов и скоростей потока за венцами.

5. Удовлетворительная степень достоверности, и приемлемое время счета на ЭВМ позволяют применять разработанный метод при проектировании турбин с лопатками сложной формы. Оптимизация формы пространственного межлопаточного канала проводится на основе комплексного применения осесиммегричного и пространственного расчетов, Что существенно сокращает время проектирована.

6. На базе разработанных методов создан пакет программ

расчета течения в ступенях осевых и радиальных турбин применительно к ПЭВМ типа PC/AT, что обуславливает его доступность и сокращение сроков внедрения. Разработанные программы внедрены в применяются в НПО "Сатурн" г.Москва, ПНПП "Авиадвигатель" г. Пермь, ЗМКБ "Прогресс" г.Запорожье, НПО им.В.Я.Климова г. С-Петербург.

7. Предложенные в работе рекомендации по газодинамическому совершенствованию венцов турбин и разработанные на основе этих рекомендаций технические решения приняты к внедрению и внедрены для проектирования высокоэффективных турбин авиационных двигателей и стационарных энергетических установок.

8. На основе расчетных исследований течения в последних ступенях мощных паровых турбин Металлического завода г.С-Петер-бург, Харьковского турбинного завода, Калужского турбинного завода, Харбинского турбинного завода (КНР) спроектированы опти- ■ газированные лопатки направлявших аппаратов, которые обеспечивают не только уменьшение потерь в НА на I - 2 %-, но и улучшают аэродинамику ступеней в целом, в частности, позволяют снизить потери с выходной скоростью, улучшить течение в выходном даИу-зоре. Применение таких лопаток планируется в перспективных паровых турбинах.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Î. Борисов Ф.П., Иванов М.Я. Расчет осеснмметричного потока и анализ течения в ступенях осевых турбин // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1989. - ЯЗ. - с. 89-97.

Ч. Борисов Ф.П., Иванов М.Я., Карелин А.М., Крупа В.Г., Руденко C.B. Применение методов расчета течения идеального и вязкого газа к проектированию высокоэффективной ступени паровой турбины // Теплоэнергетика. - 1993'..- $5. с. ю-зь

3. Борисов Ф.П., Веревский В.И., Иванов М.Я., Трояновский Б.М. и др. Пространственное профилирование сопловой решетки ступени модней паровой турбгаш // Теплоэнергетика. - 1991. - ,'Ш. - с. 51-54.

4. Борисов Ф.П., Белозеров A.C., Гайдамака И.В., Дыплев-ский В.И., Иванов М.Я., Ляберзон A.C. Расчетно-экспериментоль-ное исследование газодинамической эффективности ступеней осевых

'турбин с лопатками ожжной пространственной формы. - 1990. - с. 186-195. (Труды ЦИАМ; й 1272).

5. Борисов Ф.П., Бывальцев П.М., Иванов М.Я. и др. Современные методы расчета течения в элементах проточной части турбо-УЯШ2Н // Сборник ЦИАМ. - 1990.

5. Борисов Ф.П., Демьянюк Ю.П., Иванов М.Я., Лнберзон A.C. Численное моделирование течонкя п ступенях турбомашин с лопатка-'■■та сложной фор?® // X симпозиум по освоению космического пространства. - М.: Наухо, - 1987. - с. I07-II9.