06 марта 2016г.
Одно из самых важных направлений в развитии технологий турбостроения это получение большого крутящего момента при высоких частотах вращения вала двигателя. Благодаря многочисленным исследованиям в области аэродинамики и совершенствования технологий турбостроения в сегодняшние дни технологии в этой области достигли определенных результатов.
Турбины применяют для разных целей, в том числе для обеспечения безопасности, в мобильных электростанциях [1]. Это позволяет оперативно подводить электроэнергию и тепло в районы стихийных бедствий и труднодоступные места.
В основу расчета турбин положено предварительное задание степени реактивности. Однако этого недостаточно, потери энергии в каналах сопел и рабочего колеса при вращении последнего влияют на процессы, происходящие в зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом. В связи с чем, значение давления в зазоре будет меняться. Вместе с ним будут меняться условия течения газа на выходе из сопел соплового аппарата.
В работе [5] были проведены исследования изменения параметров газа за сопловым аппаратом в зависимости от влияния на них частоты вращения рабочего колеса.
Исследования показали, что максимальное значение степень реактивности принимает при максимальных частотах вращения рабочего колеса и минимальном значении степени расширения сопел сопловых аппаратов, так как в этом случае накладываются два явления, снижающие пропускную способность проточной части рабочего колеса. Изменение структуры потока, связанное с увеличением степени нестационарности, и увеличение давления в области рабочего зазора, связанное с максимальным расходом рабочего тела через сопловой аппарат. С увеличением степени расширения сопел соплового аппарата значение степени реактивности снижается.
При минимальных значениях исследуемых факторов (степени расширения и углов выхода сопел, отношения давлений на ступень) изменение величины степени реактивности при изменении частоты вращения рабочего колеса незначительно.
При больших значениях исследуемых факторов турбинная ступень работает в реактивном режиме.
Это подтверждает необходимость исследований в этой области. Так как от того, насколько верно определены параметры газа для расчета, проектирования [3] и изготовления элементов турбины зависит качество работы сопловых аппаратов [7] и рабочих колес [4].
В связи с малыми размерами турбин (исследуемых в Дальневосточном федеральном университете на кафедре Судовой энергетики и автоматики) и сверхзвуковыми скоростями газа при выходе из сопел сопловых аппаратов исследования надо проводить на основе эксперимента. Для этого были спроектированы экспериментальные стенды, позволяющие определять значения необходимых для исследования параметров [6] и рассматривается возможность применения для этих же целей методики, с помощью которой проводили исследования авторы [8, 2]. Новый способ исследования даст возможность уточнить полученные ранее результаты. Это позволит на этапе проектирования знать величину изменения давления за сопловым аппаратом в зависимости от частоты вращения рабочего колеса, что позволит правильно рассчитать профили сопел и каналов.
Работа выполняется под руководством к.т.н., доц. Фершалова Ю.Я.
Список литературы
1. Воропай Н.И., Сендеров С.М., Рабчук В.И. Стратегические угрозы энергетической безопасности России // ЭКО. 2006. № 12. С. 42-58.
2. Дьяченко А.И., Коренбаум В.И., Шулагин Ю.А., Осипова А.А., Михайловская А.Н., Попова Ю.А., Кирьянова Е.В., Костив А.Е., Мокерова Е.С., Шин С.Н., Почекутова И.А. Влияние измененных газовых сред на акустические параметры форсированного выдоха человека // Физиология человека. 2012. Т. 38. № 1. С. 92.
3. Морозова Н.Т., Попович В.В., Луценко В.А. Автоматизированное проектирование сопловых аппаратов с осесимметричными соплами малорасходных турбоприводов // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. 2014. № 15. С. 136-140.
4. Фершалов А.Ю., Фершалов М.Ю. Методика определения газодинамических и конструктивных характеристик проточной части большешаговых рабочих колес малорасходных турбин // Вестник машиностроения. 2014. № 10. С. 29-31.
5. Фершалов М.Ю., Алексеев Г.В. Учет изменения степени реактивности при доводке осевых малорасходных турбин с малыми углами выхода сопловых аппаратов // В сборнике: Актуальные проблемы создания и эксплуатации тепловых двигателей в условиях Дальневосточного региона России материалы Международной научно-технической конференции "Двигатели 2013". под редакцией В.А. Лашко. 2013. С. 112-116.
6. Фершалов М.Ю. Многофакторный анализ степени реактивности судовых осевых малорасходных турбин // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Дальневосточный федеральный университет. Владивосток, 2014.
7. Фершалов Ю.Я., Цыганкова Л.П., Фершалов А.Ю. Факторы, наиболее сильно влияющие на газодинамические характеристики сопловых аппаратов осевых турбин // В сборнике: Исследования по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта Сборник. Примор. краев. правления ВНТОС им. акад. А. Н. Крылова. Дальневост. гос. техн. ун-т. [Б.м.], 2010. С. 275-286.
8. Korenbaum V.I., Tagil'tsev A.A., Kulakov Yu.V. Conduction of human vocal sounds to the chest wall // Acoustical Physics. 1998. Т. 44. № 3. С. 322-331.
