Вплив параметрів нециліндричності течії на показники економічності елементарного турбінного ступеня
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2025.01.02Анотація
Розроблена методика одномірного розрахунку турбінного ступеня з довільними меридіональними обрисами, яка дозволяє з урахуванням стисливості газового середовища аналізувати вплив на ступінь реактивності, показники економічності і параметри потоку перед і за робочим колесом (РК) двох безрозмірних режимних критеріїв ступеня, коефіцієнтів швидкості соплової і робочої решіток, кутів одномірного просторового вісесиметричного потоку перед і за робочим колесом та деяких інших параметрів. Розглянутий вплив чотирьох параметрів нециліндричності течії на ступінь реактивності ступеня і коефіцієнти корисної дії (ККД). Гідравлічний ККД ступеня практично не залежить від ступеня розширення струминки течії у РК і величини радіальної складової швидкості потоку за РК, але суттєве підвищення радіальної складової швидкості потоку перед РК і збільшення радіуса струминки течії у РК зменшують цей ККД на декілька відсотків навіть тоді, коли коефіцієнт швидкості робочої решітки вважається постійною величиною. Відносний лопатковий ККД і потужність ступеня визначаються особливостями тривимірної в’язкої течії в решітках, які впливають на величину коефіцієнтів швидкості і характер зміни радіальної складової швидкості в межах ступеня, що потребує додаткових досліджень. В міжлопаткових каналах РК ступеня конічного типу радіальна складова швидкості зберігається на високому рівні, що обумовлює дуже високі втрати з вихідною швидкістю і зменшення відносного лопаткового ККД на 6 % – 8 %. Набагато менше на цей ККД впливає ступінь розширення струминки течії у РК.
Посилання
Sokolovskij G. A., Gnesin V. I. (1986), Nestacionarnye transzvukovye i vjazkie techenija v turbomashinah [Unsteady transonic and viscous flows in turbomachines], Kiev. 264 p.
Ershov S. V., Rusanov A. V. (1994), Nejavnyj metod S. K. Godunova povyshennoj tochnosti dlja rascheta prostranstvennyh techenij v mnogostupenchatoj turbomashine [S. K. Godunov's implicit method of increased accuracy for calculating three-dimensional flows in a multistage turbomachine], Kharkov, 20 p.
Koya M., Kotake S. (1985), “Numerical Analysis of Fully Three-Dimensional Flows Through a Turbine Stage”, ASME: Journal of Engineering for Gas Turbines and Pow-er, no. 107(4), pp. 945–952, https://doi.org/10.1115/1.3239840.
Denton J. D. (1992), “The Calculation of Three-Dimensional Viscous Flow Through Multistage Tur-bomachines”, ASME: Journal of Turbomachinery, no, 114(1), pp. 18–26, https://doi.org/10.1115/1.2927983.
Ershov S. V., Rusanov A. V. (1996), Kompleks program rozrahunku tryvymirnyh techij gazu v bagatovincevyh tur-bomashynah «FlowER»: svidoctvo pro derzhavnu rejestra-ciju prav avtora na tvir [Complex of programs for calcu-lating three-dimensional gas flows in multi-cascade tur-bomachines "FlowER": certificate of state registration of the author's rights to the work, PA No. 77], PA № 77, Ukraine.
Solodov V. G., Starodubtsev Yu. V. (2002), Nauchno-prikladnoy programmnyy kompleks MTFS® dlya rascheta trekhmernykh vyazkikh turbulentnykh techeniy zhidkostey i gazov v oblastyakh proizvol'noy formy [Scientific Applica-tion Software MTFS® for Calculation of 3D Viscous Tur-bulent Flows of Liquids and Gases in the Regions of Arbi-trary Form], Patent UGAASP, no. 5921, 2002.
Adamczyk J. J., Celestina M. L., Beach T. A., Barnett M. (1989), “Simulation of Three-Dimensional Viscous Flow Within a MultiStage Turbine”, 34th International Gas Tur-bine and Aeroengine Congress and Exposition sponsored by the American Society of Mechanical Engineers Toronto, Canada, June 4–8, 1989, no. paper 89-GT-152, https://doi.org/10.1115/89-GT-152.
Shahpar S., Giacche D., Lapworth L. (2003), “Multi-Objective Design and Optimisation of Bypass Outlet-Guide Vanes”, Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Atlanta (Georgia USA), June 6–19, 2003, GT2003-38700, pp. 591–601, https://doi.org/10.1115/GT2003-38700.
Shahpar S., Lapworth L. (2003), “PADRAM: Parametric Design and Rapid Meshing System for Turbomachinery Optimisation”, Proceedings of ASME Turbo Expo 2003, Atlanta (Georgia USA), June 13–16, 2003, GT2003-38698, pp. 579–590, https://doi.org/10.1115/GT2003-38698.
Cofer J. I., Reinker J. K., Sumner W. J. (1996), “Advances in Steam Path Technology”, GE Power Generation, GER-3713E, Access mode: https://www.gevernova.com/content/dam/gepower-new/global/en_US/downloads/gas-new-site/resources/reference/ger-3713e-advances-steam-path-technology.pdf (accessed 12 March 2025).
Lapuzin A., Subotovich V., Yudin Yu. (2021), “Novi metody userednennja parametriv prostorovogo potoku za soplovoju reshitkoju turbomashyny [New Methods Used for the Smoothing of the Three-Dimensional Flow Behind the Turbine Nozzle Cascade]”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 1(5), pp. 38–46, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2021.01.07.
Shneje Ja. I., Ponomarev V. N., Bondarenko G. A. (1970), “Issledovanie konicheskoj turbinnoj stupeni [Research of the conical turbine stage]”, Resp. mezhved. sb.: Jenerget-icheskoe mashinostroenie [Rep. interdisciplinary sb.: Ener-gy mechanical engineering], Vup. 9, pp. 62–68.
Subotovich V.P., Yudin A.Yu., Phan Cong Tam (2008), “Obtekanie trehmernym potokom reshetki profilej turbo-mashiny na poverhnosti vrashhenija [The Flow Through the Turbomachine’s Casacade on the Surface of Revolu-tion]”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 6, pp. 41–46, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line).
Shneje Ja. I., Grodzinskij V. L. (1970), Izmenenie stepeni reaktivnosti v uslovijah peremennogo rezhima [Change in the degree of reaction under off-design mode], Resp. mezhved. sb.: Jenergeticheskoe mashinostroenie [Rep. in-terdisciplinary sb.: Energy mechanical engineering.], Vup. 8, pp. 101–107.
Garkusha A. V. (1983), Ajerodinamika protochnoj chasti parovyh turbin [Aerodynamics of the flow path of steam turbines], 184 p.
Kapinos V. M., Garkusha A. V. (1989), Peremennyj rezhim raboty parovyh turbin, 173 p.
Boyko A. V., Garkusha A. V. (1999), Aerodinamika pro-tochnoy chasti parovykh i gazovykh turbin: raschyoty, is-sledovaniya, optimizatsiya, proyektirovaniye [Aerodynam-ics of the Flow Path of Steam and Gas Turbines: Calcula-tions, Research, Optimization, Design], Kharkiv National Pedagogical University, Kharkov, 360 p.
Ponomarev V. N. (1979), Issledovanie poslednih stupenej moshhnyh parovyh turbin v diapazone raboty ot normal'noj nagruzki do holostogo hoda [Investigation of the high-power steam turbines last stages of in the operat-ing mode from normal load to idle], D.Sc. Thesis, Har'kovskij politehnicheskij institut [NTU “KhPI”], Kharkiv, Ukraine.
Bodrunov A. P. (1976), Issledovanie raboty poslednih stupenej moshhnyh parovyh turbin v uslovijah blizkih k naturnym [Study operation of last stages powerful steam turbines under conditions close to natural ones], Ph.D. Thesis, Har'kovskij politehnicheskij institut [NTU “KhPI”], Kharkiv, Ukraine.
Lapuzin A., Subotovich V., Yudin Yu., Naumenko S., Malymon I. (2022), “Studying the Effect of the Tangential Nonuniformity of Flow Parameters on Gas Dynamic Per-formances of the Nozzle Cascades of Turbine Machines”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineer-ing processes and equipment, no. 1–2(9–10), pp. 23–31, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2022.01.03.
Lapuzin A. V. (1981), Issledovanie vlijanija regenerativnogo otbora na rabotu turbinnogo otseka [Study of the influence of regenerative flow extraction on the operation of the group of turbine stages], Ph.D. Thesis, Har'kovskij politehnicheskij institut [NTU “KhPI”], Kharkiv, Ukraine.
