06 марта 2016г.
Транспортные турбины – турбины нестационарного типа с переменным числом оборотов; турбины этого типа применяются для привода гребных винтов судов (судовые турбины) и на железнодорожном транспорте (турболокомотивы).
Вспомогательные турбины служат для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии. Создание вспомогательных турбин относительно малой мощности для эксплуатации в составе судовых энергетических установок становится все более насущной задачей не только в транспортной энергетике, но и для обеспечения электроэнергией областей, в которых отсутствует централизованное электроснабжение [1].
Для создания турбин с высокой эффективностью необходимо знать параметры газа перед соплами соплового аппарата, за ним (перед рабочим колесом) и за рабочим колесом. В этом случае есть возможность оптимально спроектировать проточную часть сопел сопловых аппаратов и лопатки рабочих колес используя рекомендации различных литературных источников. В частности, для малорасходных турбин существуют рекомендации, приведенные в работах [4, 2].
В работах [3, 5] представлены результаты исследований зависимости степени реактивности от влияния угла выхода и степени расширения сопел. Автором было выявлено, что при минимальных значениях исследуемых факторов (угол входных кромок лопаток рабочего колеса, безразмерная относительная окружная скорость и отношение полного давления перед соплами соплового аппарата к статическому давлению за рабочим колесом). Максимальный уровень степень реактивности принимает при минимальном значении степени расширения сопел соплового аппарата (сопла имеют суживающийся, к выходу, канал переходящий в косой срез) и максимальный конструктивный угол выхода сопел (в данном исследовании он составлял 9°), так как в этом случае расход газа через сопловой аппарат максимален при минимальной площади проходных сечений каналов рабочих колес и прохождение газа через межлопаточные каналы рабочего колеса возможно только при повышении давления в области между сопловым аппаратом и рабочим колесом.
При малых углах выхода сопел с ростом их степени расширения степень реактивности имеет тенденцию к росту из-за увеличения скорости потока газа и изменения его угла выхода из сопел соплового аппарата. При больших углах выхода сопел с ростом их степени расширения значение степени реактивности снижается благодаря тому, что скорость потока газа растет незначительно (в сравнении со скоростью роста потока при малых конструктивных углах выхода сопел), а расход газа через сопла соплового аппарата снижается из-за уменьшения площади критического сечения сопел.
При малых значениях степени расширения сопел соплового аппарата с ростом конструктивного угла выхода сопел значение степени реактивности растет из-за увеличения площади критического сечения сопел и угла выхода потока из соплового аппарата при постоянном значении проходной площади сечения сопловых каналов и угла входа потока газа в межлопаточные каналы рабочего колеса.
При больших значениях степени расширения сопел соплового аппарата с ростом конструктивного угла выхода сопел значение степени реактивности практически не изменяется вследствие того, что расход газа через сопловой аппарат имеет минимальное значение.
В результате можно отметить, что минимальное значение степень реактивности принимает при минимальном значении конструктивного угла выхода сопел и максимальном значении степени расширения сопел соплового аппарата, так как при них расход газа через сопла соплового аппарата минимален и проходного сечения межлопаточных каналов рабочего колеса хватает для беспрепятственного пропуска потока газа. Обратная картина наблюдается при минимальном значении степени расширения сопел и максимальном угле выхода из них.
С ростом конструктивного угла выхода сопел сопловых аппаратов увеличивается расход газа и как следствие увеличивается степень реактивности.
С ростом степени расширения сопел расход газа уменьшается и как следствие снижается значение степени реактивности.
Работа выполняется под руководством к.т.н., доц. Фершалова Ю.Я.
Список литературы
1. Воропай Н.И., Кейко А.В., Санеев Б.Г., Сендеров С.М., Стенников В.А. Централизованная и распределенная, в том числе возобновляемая, энергетика: перспективные направления и тенденции // В сборнике: Проблемы развития Российской энергетики Материалы научной сессии Президиума Сибирского отделения РАН. Ответственные за выпуск: к. г.-м. н. В.М. Задорожный, В.К. Жидкова, А.А. Валиуллина. 2005. С. 37-55.
2. Фершалов А.Ю. Газодинамические характеристики большешаговых рабочих колес осевых малорасходных турбин // В книге: XXXV Дальневосточная математическая школа-семинар имени академика Е.В. Золотова Труды всероссийской конференции. Ответственный редактор: А.А. Манцыбора. 2010. С. 410-411.
3. 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.
4. Фершалов Ю.Я., Фершалов А.Ю. Газодинамические характеристики сопловых аппаратов новой конструкции // В сборнике: Успехи механики сплошных сред тезисы Всероссийской конференции, приуроченной к 70-летию академика В.А. Левина. ответственные редакторы: Алексеев Геннадий Валентинович, Ковтанюк Лариса Валентиновна. Владивосток, 2009. С. 47-48.
5. Fershalov A.Yu., Fershalov M.Yu., Fershalov Yu.Ya., Sazonov T.V., Ibragimov D.I. The design of the nozzle for the nozzle box microturbines // Applied Mechanics and Materials. 2015. Т. 789-790. С. 203-206.
