автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Влияние крупномасштабной неравномерности на работу осевой турбинной ступени агрегата наддува дизеля

:анкт-петервург8кий государственный технический университет

На правах рукописи

Мокравцов Федор Валентинович

УДК 621.438

ВЛИЯНИЕ КРУПНОМАСШТАБНОЙ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НА РАБОТУ ОСЕВОЙ ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ АГРЕГАТА НАДДУВА ДИЗЕЛЯ

Специальность 05.04.12 - Турбокашины и

турбоустаиовки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена на кафедре турбиностроения Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Лапшин К.Л.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Тихомиров Б.А.

кандидат технических наук, Гаев В.Д.

Ведущее предприятие: СКВ "Турбонагнетатели", г. Пенза.

Защита состоится У^' 199^ года в /6 часов

на заседании специализированного Совета К 063.38.23 при Санкт-Петербургской государственной технической университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул,, 29, главное здание, аУД-^^Г/

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотек« СПбГТУ.

Автореферат разослан "¿О" Х^-^-ЛуЭ 199^» г.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор технических наук, ?

профессор /¡Гул, А.С.Ласкин

п

/

ВЛИЯНИЕ КРУПНОМАСШТАБНОЙ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НА РАБОТУ ОСЕВОЙ ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ АГРЕГАТА НАДДУВА ДИЗЕЛЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение эффективности работы, удельной мощности и надежности дизелей связана с совершенствованием агрегатов газотурбинного наддува. Решение этой задачи возможно как для зсего агрегата б целом, так и для отдельных конструктивных элементов наддува. Одним из путей существенного улучшения эффективности является создание турбинной ступени, приспособленной к условиям работы в потоке выпускных газов.

Стремление минимизировать размеры турбокомпрессоров, применяемых в трап, портных двигателях, имеющие в свои очередь ограничения по габаритам, приводит к не всегда оправданным с точки зрения аэро-динлмики проточной части конструкциям входных патрубков. Наличие входного патрубка обусловливает существенную радиальную и окружную неравномерность параметров потока перед ступенью, которая неблагоприятно сказывается на работе последующих элементов проточной части турбины. Большое влияние на формирование конструкции входного патрубка имееи так-же компоновка турбокомпрессора на двигателе, система наддува и количество каналов выпуска газа.

Отсутствие простых и надежных методов расчета осевых турбинных ступеней,* работающих в условиях крупномасштабной неравномерности входного потока, приводит зачастую к тому, что при оценке характеристик турбины не учитывается предистория входящего потока и его полагают равномерным, что приводит в свою очередь к завышенным расчетным значениям эффективности турбинной ступени. Это обстоятельство вынуждает уточнять характеристики турбины или отдельных элементов проточной части экспериментально на специальных стендах, что является дорогостоящим и трудоемким мероприятием.

Цель работы: Оценка эффективности работы осевой турбинной ступени турбокомпрессора наддува дизелей в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности параметров потока на входе на основе теоретических и экспериментальных исследований.

Задачи исследования: - разработка и создание экспериментального стенда для исследования совместной работы входного патрубка и осевой турбинной ступени;

- проведение комплекса экспериментальных исследований существуют и перспективных конструкций входных патрубков и турбинных стулене

- разработка инженерного метода расчета турбинной ступени, работ, ющей в условиях окружной и радиальной неравномерности входного п> тока и его реализация в прикладной программе, обеспечивающей реш ние задач САПР;

- сравнение и анализ результатов расчетно-теорегических и зкспер ментальных исследований;

- выработка рекомендаций по оптимизации турбинной ступени при со местной работе с входным патрубком.

Научная новизна работы:

- экспериментально исследованы поля параметров потока, генериру мне различными типами входных патрубков при совместной работе осевой турбинной ступенью;

- получены экспериментальные данные о влиянии окружной неравноме ности параметров входного потока на эффективность работы осев турбинной ступени в широком диапазоне режимов;

- разработана методика приведения результатов траверсирования п тока в различных сечениях проточной части к заданному режиму, в у ловиях окружной неравномерности потока перед ступенью;

- разработана математическая модель расчета осевой турбинной ст пении, учитывающая окружную и радиальную неравномерность потока п ред ступенью.

Достоверность полученных результатов исследования и вывод обеспечены :

- использованием при создании математической модели классичеси уравнений газотермодинамики;

- удовлетворительным совпадением результатов расчета с даннь экспериментальных исследований и согласованностью с результате других авторов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- экспериментально получены сравнительные характеристики турбим ступени при совместной работе с различными типами входных патр} ков, а также в случае равномерного осесимметричного потока на в) де, в широком диапазоне режимных параметров;

- на основе разработанной математической модели расчета осе! турбинной ступени, учитывающей окружную и радиальную неравном* ность перед ступенью, создан пакет прикладных программ, удовлет!

ющий требованиям к програмному обеспечению САПР и позволяющий .енивать эффективность работы особой турбинной ступени, не прибе-;Я к дополнительным экспериментальным исследованиям.

Реализация п промышленности. Работа выполнялась в соответствии хоздоговорной и госбюджетной тематикой кафедры турбостроения 16ГТУ. Материалы работы использованы АО СКБ "Турбонагнетатели", , Пенза.

Личный вклад автора. Автором спроектирован и изготовлен экспе-</ментальный стенд для исследования осевых турбинных ступеней, ра-зтающих !} условиях крупномасштабной окружной и радиальной неразно-зрности потока на входе. Проведен комплекс экспериментальных исс-едований осевой турбинной ступени агрегата наддува дизеля, работа-» цей в составе с входными патрубками различных типов, а также в лучае равномерного осесимметричного потока на входе в широком диа-азоне режимных параметров. Разработан метод расчета течения в осе-ой турбинной ступени в условиях крупномасштабной окружной и ради-льной неравномерности входного потока и пакет прикладных программ, еализуюций его. Проведены численные исследования по оценке эффек-ивнссти осевой турбинной ступени при различных неравноиерностях ¡ходного потока.

Автор защищает:

- методику экспериментального исследования осевой турбинной ступе-1И при окружной и радиальной входной неравномерности;

- методику приведения результатов траверсирования потока в различ-шх сечениях проточной части к заданному режиму в условиях окружной ^равномерности параметров перед турбинной ступенью;

- результаты комплекса экспериментальных исследований совместной заботы входного устройства и осевой турбинной ступени;

- реализованную в виде прикладной программы методику расчета осевой турбинной ступени в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности входного потока.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались:

- на республиканской научно-технической конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустановок в процессе исследования, проектирования, диагностирования и безопасного функционирования". (г. Змиев, 1Э91 г.);

- на всесоюзной межвузовской конференции "Газотурбинные и комбини-

3

рованные установки" (г. Москва, 1991 г.);

- на заседании кафедры турбиностроения СПбТУ (г. Санкт-Петербург 1993 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 печатны работы, выпущен I научно-технический отчет.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения. Содержит ^¿'страниц машинописного текста,^ таб лицы,^5~рисунков, список использованных источников, включающий наименований, и приложение, отражающее внедрение материалов диссер тации в промышленность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность исследования и дана крат кая аннотация работы.

Первая глава содержит обзор отечественной и зарубежной научно технической литературы в области экспериментальных и расчетных исс ледований течения в каналах произвольной формы и осевых турбинны: ступенях.

Рассмотрены численные методы расчета пространственного теченш в элементах турбомашин: конечно-разностные; интегральных соотношений; конечно-элементные; гранично-элементные; крупных частиц. Выбо] метода расчета является важным моментом при решении задачи о расчете пространственного потока.

Обзор экспериментальных исследований работы входных устройст] турбомашин, как изолированных, так и в составе с осевыми турбинным) ступениями, показывает существенное влияние входного патрубка (ВП, на эффективность работы отсека "входной патрубок-ступень". Установлено существование значительных радиальной и окружной неравномер-ностей распределения параметров потока перед направляющим аппарато) турбинной ступени, установленной за ВП. Снижение, КПД отсека "патрубок-ступень" по сравнению с изолированной ступенью является результатом, во-первых, потерь кинетической энергии непосредственно I проточной части каналов патрубка и, во вторых, потерь, обусловленных влиянием ВП на 'эффективность преобразования энергии в расположенной за ним ступени.

Приведен обзор экспериментальных исследований работы ВП различной конфигурации, однако эти исследования посвящены в основно*

учению улиточных ВП. Практически отсутствуют данные по экспери-нтальному исследованию ВП осевого типа, а также отсеков "входной труОои-турбинная ступень".

При выборе критерия оценки качества ВП турбины турбокомпрессора К) учитывается ого основное назначение: обеспечить более равно-рный поток на входе в турбину, как в окружной, так и в радиальном правлении при минимальных потерях в самом патрубке. В связи с им проблема распадается на две составляющие: с одной стороны, ка-:Ство газового потока, генерируемого газоприемным каналом турбины

с другой - показатели качества самого ВП. Приведенный обзор по (енке эффективности работы ВП показывает многообразие подходов ¡зличных авторов. Одним из недостатков, присущим, пожалуй, всем1 вставленным критериям, коэффициентам и т.д. является желание осматривать ВП оторванно от стоящей за ним турбомашины.

На основе анализа состояния проблемы и обзора опубликованных ]бот сформулированы задачи исследований.

Во второй главе описамы объекты исследования, эксперименталь-пя установка, схема измерений, методика обработки опытных данных.

Совместно с турбинной ступенью исследовались два типа конструк-ли входных газораспределительных канала:

- осевой патрубок: поток подводится в осевом направлении по вум трубам, от каждой из которых образуется симметричный подводя-ий канал формирующий сектор подвода, охватывающий угол в 180°

плоскостью симметрии, проходящей через ось вращения ротора и ось одводящей трубы. Два симметричных сектора формируют входной учас-ок перед направляющим аппаратом (рис. 4а);

- осерадиальный патрубок: поток подводится в осевом направле-:ии по двум трубам, от каждой из которых образуется подводящий ка-1ал с уменьшением радиуса и поворотом потока в сторону вращения ро-■ора турбокомпрессора к секторам подвода с углом охвата 180°, обязующим входной участок перед направляющим аппаратом (рис. 46).

Кроме того, для прямой экспериментальной проверки влияния ¡ходного патрубка проводились исследования турбинной ступени в ус-ювиях равномерного осесимметричного потока на входе.

Для изучения влияния крупномасштабной окружной и радиальной ^равномерности, создаваемой входным патрубком, на работу осевой турбинной ступени агрегата наддува дизеля спроектирован и изготовлен экспериментальный воздушный стенд . Стенд состоит из подводяще-

го коллектора, расходоыерного сопла, выравнивающего ресивера, поворотного ВП и осевой турбинной ступени (ТС). Конструкция стенда позволяет исследовать структуру потока и потери кинетической анергии в элементах проточной части турбины, а также определять интегральные характеристики ступени. Основные результаты по газодинамике потока получены путем траверсирования в контрольных сечениях проточной части: за ВП в одном из подводящих каналов, за направляющим аппаратом (НА) и за рабочим колесом (РК) ступени. При траверсировании потока за входным патрубком с целью получение картины течения газа в окружном направлении осуществлялся поворот входного устройства и переходника на угол до 180° с измерениями на 9-ти угловых траверсах (90°; 85°; 60°;_ 30°; 0°; -30°; -60°; -85°; -90°) и 5-ти высотах канала ( = 0,04; 0,26; 0,5; 0,74; 0,91 ). Для траверсирования потока по шагу решетки НА в межвенцовых зазорах турбина снабжена механизмом поворота направляющего аппарата. Траверсирование потока осуществлялось с помощью рятиканального пневмонасадка ЛПИ.

В главе рассмотрены вопросы, связанные с расчетом суммарных характеристик, приведением опытных данных к одному режиму при проведении траверсирования потока.

В основу предлагаемой методики приведения экспериментальных данных к одному режиму положены допущения о ток, что локальные значения давления и температуры, измеренные в процессе траверсирования, при отклонении режима пропорциональны величинам, определяющим режим.Такое допущение справедливо, если случайные отклонения режима опыта от заданного малы. Также делается допущение о том, что коэффициент неизоэнтропийности ВП остается постоянным при выше высказанных условиях. Последнее допущение позволяет определить распределение полного давления перед НА по замеру полного давления на входе во ВП, при этом необходимо знать распределение коэффициента неизоэнтропийности в выходном сечении ВП.

Траверсирование проводилось в 2 этапа. Н.а первом этапе траверсировалось сечение 0-0 (перед НА), затем поток за НА в 3-х характерных секторах, выбранных по максимальному, минимальному и нулевому углам атаки на НА, по 17-ти угловым траверсам и 7-ми траверсам по высоте.

Для анализа структуры, потока ,в связи с тем, что течение в элементах исследуемой проточной части турбины существенна неравномерно, важное значение имеет выбор способа осреднения параметров

потока в исследуемых контрольных сечениях. В данной работе применяется метод осреднения, в котором для исходного и осредненного потоков сохраняется неизменным интегральные величины массового расхода

потока энтальпии торможения I , момента количества движения относительно оси турбины Нг и потока энтропии.

В третьей гласа рассмотрены математическая модель и структура пакета прикладных программ расчета осевой турбинной ступени, работающей в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности входного потока.

Расчет турбинной ступени, работающей в условиях окружной и радиальной входной неравномерности, разбиваем на два этапа: расчет турбинной ступени в осесимметричной постановке; учет окружной не-' равномерности. При расчете турбинной ступени в осесимметричной постановке буде^" учитываться влияние радиальной входной неравномерности параметров потока: "

При решении прямой задачи считаем меридианные обводы проточной части и геометрия лопаточных венцов ступени известными. Рассматриваем стационарное осесиммотричное адиабатное течение совершенного газа. Решение строится в полуфиксированной сетке методом кривизны линий тока.

Расчет прямой задачи начинается с генерации расчетной сетки и определении параметров потока в узлах сетки в "нулевом приближении". В результате расчета получаем положение струек тока и параметров потока в узлах сетки по всей проточной части турбины иэ условия пропуска равных расходов через каждую струйку тока.

По результатам полученного приближения определяется подинтег-ралькая часть уравнения движения. Из условия равенства интегрального расхода через рассматриваемое сечение подбирается давление на средней струйки тока и определяется поле давлений вдоль радиуса для каждого сечения Е=СШ^. По полученным значениям давления вычисляются радиусы струек тока, из условия пропуска заданного расхода через каждую струйку тока, которые сравниваются с вычисленными ранее и при необходимости корректируются с возвратом к вычислению интеграла в уравнении движения для расчитываемого сечения Е=СОП^.

При расчете в области направляющего и рабочего аппаратов принимаем условие течения потока по углам средней линии межлопаточного канала. При расчете потока в межвенцовом зазоре используем условие ВСЦ=С(Х1^ вдоль линии тока. При переходе из области в область (нап-

равлякщий аппарат, зазор, рабочее колесо) предполагаем непрерыв ность параметров и линий тока.

Потери в элементах проточной части вычисляются после нахожде ния параметров потока на каждом участке проточной части турбин (направляющий аппарат, рабочее колесо). По коэффициенту потерь на ходим коэффициент неизоэнтропийности, который сравнивается с коэф фициентом из предыдущего приближения. Итерационный процесс проходи до достижения заданной точности по коэффициентам потерь.

При завершении расчета по всем сечениям проточной части проис ходит сравнение углов наклона линий тока с наклоном линий тока предыдущем приближении. Сравнение происходит глобально по всей об ласти расчета. При достижении заданной точности переходим к расчет КПД.

Для учета окружной неравномерности при расчете осевой турбин ной ступени введем струйки тока в окружном направлении (радиальнь струйки тока). При выделении радиальных струек тока учитываем еле дующие положения: суммарная угловая координата радиальных струе тока равна 23Т; суммарный массовый расход через радиальные струйк тока равен расходу через проточную часть турбины.

Разбиение потока на радиальные струйки тока производиться п параметрам потока перед турбинной ступенью, порученными в результа те траверсирования или расчета входного патрубка.

В пределах каждой радиальной струйки производим осреднение по тока по окружной координате и в дальнейшем рассматриваем этот пото в качестве начальных условий для расчета прямой осесимметричной за дачи. Прямая осесимметричная задача решается для каждой выделенно радиальной струйки тока. При этом принимается условие, что радиаль ные струйки тока при прохождении через проточную часть осевой тур бинной ступени не перемешиваются и не взаимодействуют друг с дру гом. Если принять количество радиальных струек равным количеств лопаток направляющего аппарата, то для НА высказанное условие вь полняется с достаточной Точностью, т.к. происходит чисто механичес кое разделение потоков. Учитывая небольшую относительную величин осевого зазора между венцами, а также движение потока в каналах ра бочего колеса, аналогичные рассуждения можно привести и для РК.

В результате расчета прямой задачи по каждой радиальной струй ке получаем коэффициент полезного действия турбины, при условии что входной поток рассматриваемой радиальной струйки тока распрост

раняется на всю проточную часть. Получение интегрального КПД турбинной ступени при условии окружной входной неравномерности связано с осреднением по расходу полученных КПД по каждой радиальной струйке.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований и их сравнение.

Течение во входном патрубке оцениваем по параметрам в выходном сечении газоприемного канала, получаемого траверсированном потока.

Положение угловых траверс при взгляде на выходное сечение ВП показано на рис Л.

На рис. 2-3 представлены некоторые результаты исследований потока в осевом и осерадиальном ВП на режиме По = Рз/Ров* =0,7 при U/Co = О,AI (отсчет параметров от сечения 0е,). Распределение углов потока (X характеризуется значительной неравномерностью как в случа осевого, так и осерадиального ВП. Углы потока достигают значений от 40° на угловой траверсе -60 до 140° на траверсе 60° в осевом ВП (рис.2а), что обусловливает появление отрицательных и положительных углов атаки при входе потока в НА турбинной ступени. Существенное изменение углов потока по высоте проточной части имеет место в областях, прилегающих к разделительным перегородкам каналов ВП и достигает величин от 100° в области корня до АО0 у периферии на угловой траверсе -80 , и от 60° до 130° на траверсе 80°. В осерадиальном ВП градиенты углов потока существенно меньше(рис.За), что связано с особенностями конфигурации канала. Ввиду малых габаритов осерадиального ВП закрутка потока, связанная с его поворотом, сохраняется в выходном сечении, генерируя значительные отрицательные углы атаки при-входе потока в НА ступени.

Рисунки 26-36 иллюстрируют распределение безразмерных скоростей А в выходных сечениях осевого и осерадиального ВП. В осевом патрубке (рис.26) неравномерность скоростей А не столь существенна, как в осерадиальном (рис.36). В последнем основная масса газа проходит через сектор с участком охвата от -30 до *30 , что и обусловило высокий уровень А в этой зоне закрученного потока.

На рис.2в-3в представлены коэффициенты неизоэнтропийности 32 =

Рис.1. Расположение угловых траверс в выходном сечении ВП.

.41.5 а

К 31.5

21.5

н 11.5

о

и

1.5

« -90.0

—1 СР (й О О О о

[\\ I И//УЛ

-60.0 -30.0 0.0 30.0 '

Угловая траверса , град

60.0

а)

6)

в)

Рис.2 Распределение углов потока ОС в плоскости 21) (а безразмерной скорости \ (б), коэффициента неиз энтрогшйности эе (в) в выходном сечении осевого

.41.5

5 31.5 о

а

3 21.5

11.5

5 1-5

и -90.0

-60.0

-30.0 0.0

Угловая траверса

60.0

90.0

« -90.0

-60.0

-30.0 0.0 30.0

Угловая траверса , град

60.0

90.0

б)

.41.5 я

431.5

я а ¡4

£ 11.5

о

о

& 1-5.

21.5

90.0

-60.0 -30.0 . 0.0 30.0 60.0 90.0

Угловая траверса , град

в)

Рис.3 Распределение углов потока а в плоскости НЦ (а), безразмерной скорости Л (б), коэффициента неизо-энтропийности эе (в) в выходном сечении осерадиаль-ного ВП.

Ровых /Ро«*. В обоих патрубках имеются зоны пониженных коэффициентов неизоэнтропийности, чго свидетельствует о наличии в этой части ВП развитого отрыва вышо по потоку. В осевом ВП эти зоны расположены у краев сектора подвода газа к НА. В осерадиальном ВП зона пониженных коэффициентов неизоэнтропийности располагается в корневой области не угловой траверсе -30°.

Коэффициент гидравлических потерь для исследованных ВП на режиме траверсирования составил: для осевого ВП - 0,827, для осеради-ального ВП - 0,'<Г2. J

Нп рис.4 представлены суммарные характеристики отсека входной патруоок - турбинная ступень для исследуеых конструкций входных патрубков, а также турбинной ступени в условиях осевого подвода рабочего теля.Работа ступени осовой турбины в условиях крупномасштабной неравномерности, создаваемой входными патрубками, приводит к снижению ее экономичности. Так при совместной работе ступени с осерадиальным и осевым входными патрубками снижение внутреннего КПД отсека, по сравнению с осевым подводом, на режиме По=0,7 при (U/Co)-аОц=0,602? составило 16,6 и А,8 % соответственно, снижение внутреннего КПД на режиме По=0,85 составило 22,2 и 6,7 %. Величина потерь в ступени в первую очередь определяется нерасчетным режимом натекания потока, в случае совместной работы с входными патрубками, на направляющий аппарат, и как следствие этого, деформацией потока в окружном направлении перед PK и появлением углов атаки на входе в PK. Разница максимальных и минимальных величин степени реактивности в окружном направлении у корня достигает, например, в случае работы турбинной ступени с осерадиальным ВП. Такой характер изменения степени реактивности обусловливает окоужную неравномерность распределения срабатываемых перепадов энтальпий между сопловыми и рабочими каналами, создавая нарушение осесимметричности потока, способствующее появлению дополнительных потерь энергии в ступени в основном из-за нерасчетного обтекания PK.

Треверсирование потока перед НА позволило выделит потери внутреннего КПД турбинной ступени, получаемые за счет неравномерности параметров перед ступенью. На режиме По=0,7 при (U/С о) рос «.=0.6027 снижение КПД составило 10,8 и 1,7 X для осерадиального и осевого ВП соответственно, по сравнению с осевым подводом рабочего тела(рис.5) Снижение внутреннего КПД турбинной ступени в случае работы совместно с осерадиальным ВП существенно выше по сравнению с осевым

Рис.') Зависимость КПД П отсека ВП-ТС от U/C0

. при работе С различными входными устройствами, а - П0 = 0.85, б - По = 0,7 ( —Q— - осесимметричный подвод, - осевой ВП,

Рис.5. Зависимость КПД П турбинной ступени от U/C0 при работе с различными входными устройствами, По=0,7 ( —Q— осесимметричный подвод, эксперимент; —О— осевой ВП, эксперимент; —¿s— осерадиа льный ВП, эксперимент; —-- расчет).

ВП. В тоже время, собственные гидравлические потери осевого ВП по» ти в 2 раза ниже, чем потели осерадиального ВП. Если за критер1 качества ВП брать, например, только собственные гидравлические ш тери, то выбор ВП для рассматриваемой осеьой ТС окажете! не верен, На основании разработанной в 3-й главе диссертации методи! проведены расчеты КПД осевой турбинной ступени, работающей совиес! но с осевым и осерадиальным BI!, а также в случае осесимметрично) подвода потока на режиме По-0,7. Расчетная сетка имела 15 сечеш вдоль оси Е и 13 линий тока вдоль R. При расчете ступени в условш окружной и радиальной неравномерности ь представленных расчетах bi делялось 9 радиальных струек тока. Время счета одного режима на м; шине типа IBM-386 (40 МГц ) составляло 15-20 минут, lia рис.5 преда

тавлени расчетное значение внутреннего КПД туроинной ступени в зависимости om U/Co. Полученные данные показывают удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных результатов, что свидетельствует о применимости разработанной методики расчета для анализа эффективности работы осевой турбинной ступени, работающей в условиях окружной и радиальной крупномасштабной «(»равномерности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Создан экспериментальный аэродинамический стенд, позволяющий исследовать структуру потока и потери кинетической энергии в элементах проточной части турбины, а также определять интегральные характеристики ступени при различных конструкциях входных патрубках в широком диапазоне режимов работы.

2. Выполнены экспериментальные исследования структуры потока в выходном сечении и потерь кинетической энергии во входных патрубках осевого типа при совместной работе с осевой турбинной ступенью. Отмечено влияние турбинной ступени на структуру потока в выходном сечении входного патрубка.

3. Выявлено значительное влияние структуры потока, создаваемого входным патрубком, на работу турбинной ступени. Исследованные конструкции входных патрубков, обеспечивающих подвод газа к турбине турбонаддувочного агрегата приводят к существенным потерям в тур-бинно.й ступени. При совместной работе ступени с осерадиальным и осевым входными патрубками снижение внутреннего КПД отсека "входной патрубок-т>рбинная ступень", по сравнению с осевым подводом составило 16,6-22,2 и 4,8-6,7 соответственно, при различных режимах.

4. Разработана методика расчета осевой турбинной ступени агрегата наддува дизеля, которая позволяет учитывать влияние крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности параметров потокj, генерируемой входными патрубками, и оценивать эффективность их совместной работы, решать задачи проектирования и оптимизации.

5. На основе методики разработан алгоритм и комплекс программ по расчету осевой турбинной ступени в условиях окружной и радиальной неравномерности входного потока. . Реализация программы для компьютеров типа IBM PC позволяет эффективно ее использовать для

15

раооты в составе расчетно-оптимизационной САПР.

6. Проведены расчетные исследования по влиянии крупномасшт; ной неравномерности генерируемой различными устройствами газопод) да осевого типа на эффективность работы осевой турбинной стуш агрегата наддува дизелей в широком диапазоне режимных параметр* Экспериментально полученные значения эффективности турбинной сту! ни с приемлемой для решения инженерных задач точностью совпадают результатами расчетов. Это позволяет использовать разработаш комплекс программ для оценки эффективности осевой турбинной сту| ли, работающей в условиях крупномасштабной окружной и радиалы неравномерности потока на входе на стадии проектирования.

?. Проведенный комплекс экспериментальных и расчетно-теоре^ чоских. исследований позволяет определять эффективность работы о< вой турбинной ступени агрегата наддува дизеля в условиях круш масштабной неравномерности входного потока, генерируемого различ1 ми конструкциями входных патрубков осевого типа, и на основе сгшнения и широком диапазоне режимных параметров выявлять луч1 варианты.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работа)

1. Оптимизация НА турбины низкого давления газогенератора ступенью оольшой циркуляции для ГТУ ГПА на стадии проектирования Энергетическое машиностроение. - М.: НИИЭинформэнергомаш, 1987. -

№ 6. - с. 5-9. (ь соавторстве).

2. Уточнен«« математических моделей течения рабочего телг протопроточных частях турбин на новых экспериментальных стендах, Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для с вершенствования энергетических и транспортных турбоустановок в П{ цессе исследования, проектирования, и безопасного функционировав Тез. докл. респ. конф. 18-20 сентября 1991 г.- Змиев, 1991.- ч. ] с. 85-86 . (в соавторство).

3. Стенд и результаты исследования потока во входном патру( турбонаддувочного агрегата. - Газотурбинные и комбинированные уст новки: Тез. докл. всесоюзи. межвуз. конф. 19-21 ноября 1991 г. М..МГТУ, 1991. - с.3'1 . (в соавторстве).

4. Возможные пути повышения экономичности проточных частей г ровых и газовых турбин.//Теплоэнергетика - 1993,- № 3. - С. 16-] (в соавторстве).