НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o066.pdf (1551.42Кб)

УДК 621.165.001.5

Россия, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

В статье представлены результаты численного исследования уровней и характера нестационарных нагрузок на рабочую лопатку, КПД  и дополнительных потерь кинетической энергии в модели одноступенчатой турбины при различных режимах, характеризуемых отношением u/С₀. Результаты численного исследования были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными при исследовании обращенной радиальной модели в СПбПУ.
Для решения указанных задач была выбрана модель осевой турбинной ступени с D_ср / l =13, профилями лопаток статора и ротора постоянного сечения, подобными испытанным в обращенной турбине при M_c1 = 0,3. Частота вращения ротора изменялась в диапазоне от 900 до 1800 об/мин.
По результатам представлены следующие выводы:
1.  С увеличением скорости вращения средние по периоду значения сил и изгибающих моментов на лопатку уменьшаются, но размахи нестационарных нагрузок увеличиваются.
2. Уровень размахов нестационарных сил и моментов при номинальном u/С₀ = 0,55 и осевом зазоре Δz₁ = 4 мм ( Δz₁ / b₁ = 0,067 ) составляет 50-60% от средних во времени усилий на рабочую лопатку;
3.  Размах безразмерных нагрузок на рабочую лопатку ( сил  Δ P_u / P_u  и моментов  ΔM_u / M_u ) в диапазоне u/С₀  (режим С₀ = const ) от 0,4 до 0,75 возрастает от 20% до 90% от средних во времени нагрузок;
4.  Сравнение уровней КПД ηол, полученных по методу Stage и Transient Stator-Rotor, показывает, что уровни максимального расчетного лопаточного КПД составляют 0,806 и 0,774, что соответствует уровням КПД для этого типа проточных частей;
5. Из сопоставления результатов расчетов по методам “Stage” и “Transient Stator-Rotor” можно сделать вывод о том, что уровень дополнительных потерь от нестационарности в области номинального КПД составляет 3,2%. Эта величина практически сохраняется для всего исследованного диапазона изменения u/С₀  от 0,4 до 0,75.

1. Denos R., Arts T., Paniagua G., Michelassi V., Martelli F. Investigation of the Unsteady Rotor Aerodynamics in a Transonic Turbine Stage // Journal of Turbomachinery. 2001. Vol. 123, iss. 1. P. 81-89. DOI: 10.1115/1.1314607
2. Yamada K., Funazaki K., Kikuchi M., Sato H. Influences of Axial Gap Between Blade Rows on Secondary Flows and Aerodynamic Performance in a Turbine Stage // Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air, Orlando, FL, USA, 2009. Art. no. GT2009-59855.
3. Dring R.P., Joslyn H.O., Hardin L.W., Wagner J.H. Turbine rotor-stator interaction // ASME Journal of Power Engineering for Power. 1982. Vol . 104, no . 4. P . 729-742. DOI:10.1115/1.3227339
4. Ласкин А.С. Исследование аэродинамического возбуждения колебаний лопаточного аппарата и потерь энергии при нестационарных процессах в турбинах: автореф. дис. … докт. техн. наук. Л., ЛПИ, 1980.
5. Афанасьева Н.Н., Ласкин А.С., Лапшин К.Л., Черников В.А. и др. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин / под ред. В.А. Черникова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние., 1980. 263 c .
6. Нгуен К.К., Ласкин А.С. Численное моделирование влияния осевого зазора на нестационарные силы в турбинной ступени // Научно‒технические ведомости СПбГПУ. 2014. № 2 (195). С . 65-69.