Влияние угла атаки на эффективность больше шаговых рабочих колес осевых малорасходных турбин

3. Лазарев, С. Ю. К вопросу о критериях выбора природных минеральных материалов и других веществ для покрытий разного назначения / С. Ю. Лазарев, С. Б. Токманев, В. Б. Хмелевская // Металлообработка. - 2006. - №3 (33). - С. 29-35.

Фершалов А.Ю

ВЛИЯНИЕ УГЛА АТАКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ БОЛЫИЕШАГОВЫХ РАБОЧИХ КОЛЕС

ОСЕВЫХ МАЛОРАСХОДНЫХ ТУРБИН

В транспортной энергетике очень часто для обеспечения требований мобильности и автономности, приходиться создавать турбоприводы с ограниченным расходом рабочего тела (РТ). Это снижает необходимую площадь проходных сечений проточной части. Использование в таких турбинах ступеней с полным подводом РТ требует применения недопустимо малых высот рабочих лопаток, что вынуждает изготавливать сопловые аппараты с частичным подводом рабочего тела к рабочему колесу (парциальность), что приводит к дополнительным потерям энергии на вентиляцию в зоне неактивной дуги и на краях дуги подвода РТ.

Один из путей решения проблемы, связанной с парциальностью - использование сверхзвуковых (высокоперепадных) малорасходных турбин (авторское свидетельство №857512, 1981 г, Кириллов И.И., СПбГТУ), имеющих в своем составе С А с малыми конструктивными углами выхода из сопел. Предлагаемый путь позволяет выполнять турбины с полным подводом РТ, что исключает потери связанные с парциальностью. Такие СА предполагают их использование совместно с рабочими колесами (РК), имеющими каналы с большим углом поворота, что приводит к повышению концевых потерь энергии. Это связано с увеличением кривизны канала и, как следствие, повышение градиента давления между выпуклой и вогнутой стенками канала. Вторичные течения потока РТ становятся более интенсивными, в результате вихревая зона с повышенными потерями энергии расширяется. Условием применения подобных конструкций является преобладания потерь, связанных с парциальностью, над потерями, обусловленными использованием рабочих колес с большим углом поворота потока.

Экспериментальные исследования рабочих колес с большим углом поворота в составе ступени проводились в СПбГТУ на базе лаборатории малорасходных турбин. Модельные рабочие колеса имели следующие параметры:

Таблица 1

_Характеристики модельных рабочих колес_

Геометрические параметры РК РК-1 РК-2 РК-3

Средний диаметр, мм 170 170 170

Высота лопатки, мм 11.7 11.7 11.7

Количество лопаток, шт. 26 26 26

Угол входа 8.13° 11.2° 14.1°

Угол выхода 8.44° 12.15° 15.35°

Шаг лопаток РК, мм 20.54 20.54 20.54

Хорда профиля, мм 18.2 18.2 18.2

Ширина венца, мм 18.2 18.2 18.2

Ширина канала: в среднем сечении, мм 2.240 3.341 4.186

на входе, мм 2.401 3.483 4.499

на выходе, мм 2.634 3.817 4.934

По имеющимся экспериментальным замерам была разработана методика определения коэффициента скорости РК, который определяет эффективность его работы. Разработана

математическая модель регрессионного типа коэффициента скорости РК и проверена ее адекватность экспериментальным данным.

По имеющейся модели было произведено имитационное моделирование, которое включало исследование зависимости коэффициента скорости РК от различных режимных и геометрических параметров. В данной статье рассмотрено влияние угла атаки на коэффициент скорости РК.

Зависимость коэффициента скорости РК от угла атаки, построенная по модели изображена на рисунках 1,2.

V

0.8

0.6

0.4 0.2

-11.2 -4.0 3.2 10.4 17.6 /

Рабочее колесо 1,при:

1) М«га = 0.38 2)М«2(=1.6 3) М«21= 2.82

Рисунок 1 - Зависимость коэффициента скорости РК от угла атаки

V

0.8

0.6

0.4

0.2

-11.2 -4 0 3 2 10.4 17.6 }

Рабочее колесо 3, при:

1) М\«21= 0.38 2) М\л/21= 1.6 3) М«2.= 2.82

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента скорости РК от угла атаки (РК-3) Из графиков видно, что коэффициент скорости имеет ярко выраженный оптимум по углу атаки. Причем этот оптимум при увеличении числа Маха смещается в сторону меньших углов атаки. Это связанно с тем, что при больших числах Маха образуются скачки уплотнений ухудшающие параметры потока на входе в рабочее колесо. При углах атаки I ~ 0° обеспечивается прохождение скачков уплотнений внутрь каналов, тем самым, улучшая условия работы РК..

Полученная картина показала, что оптимальные углы атаки, для рабочих колес данной конструкции находятся в области небольших положительных углов. Характер кривых и место положения оптимальных значений коэффициентов скорости не противоречат данным других авторов.

3

2

\ 1

3

—\ч 1

ЛИТЕРАТУРА

1. Фершалов Ю.Я. Совершенствование сверхзвуковых осевых малорасходных турбин Дис. ... канд.техн. наук. - Владивосток, 2000

2. Куприянов O.E. Разработка и исследование рабочих решеток профилей конструкций ЛПИ с большим относительным шагом Дис. ... канд.техн. наук. - Л., 1988

З.Левенберг В.Д. Судовые турбоприводы. Л.: Судостроение 1983. - 328 с.

Харченко В.И., Алексейко Л.Н., Курбатов И.А. - ДВГТУ Белолипцев А.Ю., Чередниченко А.И. - ИХ ДВО РАН Елькин Ю.Н. - ТИБОХ ДВО РАН

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АССОЦИАТОВ 2,3,5,6,8-ПЕНТАГИДРОКСИ-7-ЭТИЛ-1,4-НАФТОХИНОНА

2,3,5,6,8-Пентагидрокси-7-этил-1,4-нафтохинон (эхинохром А) (пигмент морских ежей) характеризуется как многочисленными внутримолекулярными и межмолекулярными водородными связями, так и высокой подвижностью протонов. Соединения этого класса являются высокоэффективными биогенными антиоксидантами и перспективными органическими системами с высокой электрической проводимостью.

Квантово-химическое моделирование спектрально-оптических свойств мономеров и ассоциатов молекул этого соединения выполнено неэмпирическим квантово-химическим методом и методом теории функционала плотности в кластерном приближении с помощью программного комплекса вАМЕЗЗ [1].

Рис. 1. Структура тримера 2,3,5,6,8-пентагидрокси-7-этил-1,4-нафтохинон Показано, что квантово-химическое моделирование в кластерном приближении (рис. 1) дает достаточно корректное описание уникальных спектрально-оптических свойств данного вещества.