НАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УГЛА АТАКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОЧИХ КОЛЕС МИКРОТУРБИН

На современном уровне развития турбиностроения значительный потенциал повышения эффективности микротурбин содержится в совершенствовании проточной части рабочих колес [4, 5].

Для микротурбин мощность в зависимости от увеличения коэффициента скорости рабочей решетки на 1% повышается более, чем на 0,73%, что обусловлено увеличением относительной толщиной пограничного слоя [7].

Достаточно сильное влияние на коэффициент скорости рабочего колеса оказывает угол атаки, являющийся разницей между углом входной кромки (угол между касательной к средней линии профиля на входе в решетку и направлением окружной скорости) и углом входа потока рабочего тела в каналы рабочего колеса, при изменении режима работы ступени значительно влияет на потери кинетической энергии, так как существенно меняется распределение давлений и скоростей на профиле. При положительных углах атаки за входной кромкой на спинке появляется область глубокого местного перерасширения потока и последующего его сжатия, что приводит к росту профильных потерь. При сильном развитии этого явления происходит отрыв потока [7].

Исследования влияния угла атаки на газодинамические характеристики рабочих колес микротурбин [8] показали, что отрицательные углы менее опасны, так как при отрицательных углах атаки выше указанные явления и отрыв развиваются на вогнутой поверхности лопаток.

В работе [4] был проведен анализ влияния угла атаки на эффективность рабочих колес. При отрицательных углах атаки наблюдаются потери энергии в проточной части РК меньше. Анализ результатов расчетов свидетельствует, что для малых конструктивных углов входа рабочего колеса угол атаки должен быть максимально отрицательным (Рисунок 1). При возрастании конструктивного угла входа РК угол атаки следует принимать менее отрицательным. Последнее можно объяснить возможным возникновением отрыва потока на участке наибольшей кривизны канала, которое наблюдается в рабочих колесах, имеющих наибольший угол поворота. Для исключения явления отрыва в проточной части, оптимальный угол атаки для рабочих колес с каналами большой кривизны должен быть максимально отрицательный, с уменьшением кривизны канала - менее отрицательным.

Это связано с увеличением скорости рабочего тела перед кромочным скачком уплотнения в месте его падения на выпуклую поверхность лопатки и последующим усилением отрыва пограничного слоя, вызванного падением скачка уплотнений на ускоренный пристеночный слой.

Для обеспечения устойчивого безотрывного потока необходимо исключить возможность интенсивного разгона потока на выпуклой поверхности профиля до места падения головного скачка уплотнений. При больших сверхзвуковых скоростях выпуклую поверхность следует профилировать таким образом, чтобы вдоль нее происходило непрерывное торможение потока до выходного сечения. Для количественной оценки конструктивных параметров рабочего колеса необходимо воспользоваться методиками, представленными в работах [2, 3, 6]. Экспериментальная проверка результатов, полученных по методике, возможна на экспериментальной установке для исследования малоразмерных турбинных ступеней [1].

Работа выполнена под руководством к.т.н., доцента Фершалова А.Ю.

Список литературы

1.     Кузнецов Ю.П., Чуваков А.Б. Экспериментальная установка для исследования малоразмерных турбинных ступеней // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. С. 54.

2.     Морозова Н.Т., Попович В.В. Проектирование рабочих колес судовых центробежных турбонасосов // В сборнике: Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Тамбов, 2014. С. 109-110.

3.     Морозова Н.Т., Луценко В.А. Элементы САПР при оптимизации газодинамических характеристик судовых малорасходных турбоприводов // В сборнике: Наука сегодня сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции. Научный центр «Диспут». Вологда, 2014. С. 53-54.

4.     Фершалов А.Ю. Повышение эффективности рабочих колес судовых осевых малорасходных турбин // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Дальневосточный государственный технический университет. Владивосток, 2011.

5.     Фершалов А.Ю. Повышение эффективности рабочих колес судовых осевых малорасходных турбин // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Дальневосточный государственный технический университет. Владивосток, 2011.

6.     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.

7.     Fershalov A.Yu., Fershalov M.Yu., Fershalov Yu.Ya., Sazonov T.V. Results of the study rotor wheels supersonic microturbines with a large angle of rotation of the flow // Applied Mechanics and Materials. 2015. Т. 752-753. С. 884-889.

8.     Fershalov A.Y., Fershalov Y.Y., Fershalov M.Y., Sazonov T.V., Ibragimov D.I. Analysis and optimization of efficiency rotor wheels microturbines// Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 635-637. С. 76-79.