Вплив газодинамічних характеристик лопаткових решіток та критеріїв режиму роботи елементар-ного ступеня турбіни на його ефективність

Олександр Лапузін; Валерій Суботович; Юрій Юдін; Світлана Науменко

doi:10.20998/2078-774X.2026.01.02

Автор(и)

Олександр Лапузін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-6445-3979
Валерій Суботович Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-7051-4758
Юрій Юдін Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
Світлана Науменко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2825-8199

DOI:

https://doi.org/10.20998/2078-774X.2026.01.02

Анотація

Розглянуто вплив режимних критеріїв u₂/C_ф і l_ф на ступінь реактивності, відносний лопатковий та гідравлічний коефіцієнти корисної дії (ККД) ступенів активного і реактивного типів. Доведено, що при убуванні у декілька разів потужності багатоступінчастої турбіни з сопловим паророзподілом різке падіння відносного лопаткового ККД регулюючого ступеня значною мірою залежить не лише від зменшення критерія u₂/C_ф, але і різкого підвищення критерія l_ф. Вплив критерія l_ф на гідравлічний ККД ступенів реактивного типу знаходиться в межах 2 % і може бути як негативним так і позитивним в залежності від співвідношення між коефіцієнтами швидкості решіток. Детальний аналіз причин, що впливають на відносний лопатковий ККД останнього ступеня парової турбіни в умовах зміни об’ємної витрати пари, неможливий без аналізу змін, які відбуваються в роботі кожної елементарної струминки течії, тобто від характеру зміни її форми, аеродинамічних характеристик решіток і локальних режимних параметрів l_ф і u₂/C_ф. Для групи турбінних ступенів знайдено комплекс з трьох параметрів, вплив якого на гідравлічний ККД та ступінь реактивності ідентичний впливу режимного критерія l_ф. Використання іншого комплексу дозволяє об’єднати результати розрахунку впливу на гідравлічний ККД та ступінь реактивності параметрів нециліндричності течії та кута виходу потоку з соплової решітки.

Посилання

Lapuzin O., Subotovich V., Yudin Yu., Naumenko S., Yudin O. (2025), “The Parameters Influence of Noncylindrical Flow on the Elementary Turbine Stage Efficiency Criteria”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 1(19), pp. 16–28, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2025.01.02.
Stodola, A. (1924), Dampf- und Gasturbinen. Mit einem Anhang über die Aussichten der Wärmekraftmaschinen, Nachtrag zur 5. Auflage, Springer, Berlin, Heidelberg, https://doi.org/10.1007/978-3-642-50854-7.
Gostelow J. P. (1984), Cascade Aerodynamics, Pergamon Press, New York, Vol. XVI, 270 p., ISBN 9780080204277.
Lakshminarayana B. (1996), Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1996, ISBN 0-471-85546-4, ISBN 9780471855460 (print), https://doi.org/10.1002/9780470172629.
Yadav R. (2004), Steam & Gas Turbines and Power Plant Engineering (7th Revised and Enlarged Edition, SI Units), Central Publishing House, Prayagraj, 1108 p., Access mode: https://pdfcoffee.com/steam-gas-turbines-and-power-plant-engineering-r-yadav-pdf-free.html (accessed 23 April 2026).
Craig, H. R. M., Cox H. J. A. (1970), “Performance Estimation of Axial Flow Turbines”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, vol. 185, is. 1, https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1970_185_048_02.
Perdichizzi A. (1990), “Mach Number Effects on Secondary Flow Development Downstream of a Turbine Cascade”, Journal of Turbomachinery, vol. 112(4), pp. 643–651, https://doi.org/10.1115/1.2927705.
Moustapha S. H., Carscallen W. E., McGeachy J. D. (1993), “Aerodynamic Performance of a Transonic Low Aspect Ratio Turbine Nozzle”, Journal of Turbomachinery, vol. 115(3), pp. 400–408, https://doi.org/10.1115/1.2929267.
Davies M., Breathnach E. (2000), “Operation and Preliminary Measurements from a New Transonic Wind Tunnel”, Proceed-ings of the XVth Bi-Annual Symposium on Measuring Techniques in transonic and Supersonic Flows in Cascades and Tur-bomachines. 21-22 September 2000, Firenze/ltaly, MTT1500-A101, Access mode: https://www.meastechturbo.com/paper-archives/mtt1500-firenze (accessed 23 April 2026).
Jouini D. B. M., Sjolander S. A., Moustapha S. H. (2001), “Aerodynamic Performance of a Transonic Turbine Cascade at Off-Design Conditions Available to Purchase”, Journal of Turbomachinery, vol. 123(3), pp. 510–518, https://doi.org/10.1115/1.1370157.
Lapuzin A., Subotovich V., Yudin Yu., Naumenko S. (2024), “The Effect of Mach and Reynolds Numbers on the Aerody-namic Characteristics of the Nozzle Cascade of a Gas Turbine”, Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 1(17), pp. 21–29, ISSN 2078-774X (print), ISSN 2707-7543 (on-line), https://doi.org/10.20998/2078-774X.2024.01.03.
Lim Chan Sun (2012), Razrabotka metoda prognoziro-vaniya kharakteristik turbiny na osnove eksperimental'nogo modeliro-vaniya gazodinamicheskikh protsessov [A method for the prediction of turbine performance characteristics through the exper-imental simulation of gas dynamic pro-cesses], Ph.D. Thesis
Lapuzin A., Yudin Yu., Naumenko S., Yudin O. (2026), “Analiz vplyvu typu oblopachuvannja na ekonomichnist' chastyn vysokogo tysku parovyh turbin [Analyzing the effect of the type of blading on the efficiency of the highly pressurized parts of steam turbines], Information Technologies: Science, Engineering, Technology, Education, Health: Abstracts XХХІV Inter-national Scientific-Practical Conference MicroCAD-2026, 13–16 May, pp. 39, ISSN 2786-9253 (on-line), Access mode: https://iiiii-my.sharepoint.com/personal/artem_zakharov_khpi_edu_ua/_layouts/15/onedrive.aspx?id=%2Fpersonal%2Fartem_zakharov_khpi_edu_ua%2FDocuments%2FЗбірник%20тез%20MicroCAD-2026%2Epdf&parent=%2Fpersonal%2Fartem_zakharov_khpi_edu_ua%2FDocuments&ga=1 (accessed 23 April 2026).