Улучшение аэродинамических и акустических характеристик рабочих колес осевых компрессоров и вентиляторов изменением формы оси лопаток

• Автор: Караджи, Сергей Вячеславович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Обзор литературы
2. Профилирование рабочих колес и программа спектрального анализа
2.1. Программа спектрального анализа
2.2. Профилирование лопаток экспериментальных рабочих колес
3. Аэродинамические испытания
3.1. Аэродинамические испытания рабочего колеса с обычными и серповидными лопатками и сравнение их результатов
3.2. Измерение параметров потока за базовым и серповидным рабочими колесами
3.3. Погрешности измерений
4. Измерения акустических и пульсационных характеристик
4.1. Измерение акустических характеристик в заглушенной камере
4.2. Система измерения пульсаций давления на вращающейся лопатке рабочего колеса. Методические испытания
4.3. Многоканальные измерения пульсаций давления на вращающейся лопатке базового и серповидного рабочего колеса
4.4. Система измерения пульсаций давления в неподвижной системе координат за рабочим колесом
5. Исследования базового и серповидного рабочих колес с помощью расчетных методов
Выводы
Условные обозначения
Список литературы

Введение
Осевой компрессор - это один из важнейших элементов транспортных, технологических и энергетических установок. Главным условием при разработке новых моделей вентиляторов и компрессоров является получение высокой эффективности, как на расчетном режиме, так и в широком диапазоне производительности.
Научные исследования по осевым вентиляторам тесно связаны с теоретическими работами в области осевых компрессоров. При скоростях ниже звуковых обтекание лопаток ступени осевого компрессора и лопаток осевого вентилятора подчиняется одним и тем же уравнениям, что дало возможность разработать для них общую теорию и использовать аналогичные методы расчета. В работах Брусиловского И.В. [10, 11, 12], Ушакова К.Л. [47], Бушеля А.Р. [47], Холщевникова К.В. [49], Бекнева B.C. [1], Довжика С.А. [17], подробно описан метод проектирования (профилирования) лопаточных венцов осевых вентиляторных ступеней, который основан на использовании теоретических характеристик плоских решеток стандартных профилей со средней линией в виде дужки окружности (положение максимальной толщины профиля на расстоянии
0.3 хорды), а также дано обобщение экспериментальных исследований. Метод проектирования был протестирован при разработке большого количества осевых вентиляторов, и была достигнута высокая точность получения расчетного режима, при этом полный КПД вентиляторов достигает 0.86...0.9 вблизи расчетного режима.
Актуальность исследования. Уровень шума является важным параметром большинства технических объектов, который влияет на их эксплуатационные свойства, экологичность и конкурентоспособность. Во многих случаях основными источниками шума являются осевые вентиляторы и компрессоры, широко применяемые в различных областях техники (энергетика, транспорт, технологические установки, в частности, газотурбинные двигатели, движители беспилотных летательных аппаратов, системы жизнеобеспечения авиационных и космических аппаратов). Часто ограничения, накладываемые на уровни их шума,

являются решающим фактором, определяющим технические характеристики объекта в целом. Одним из направлений улучшения акустических характеристик турбомашин этого типа, интенсивно развивающимся в настоящее время, является формирование сдвига фаз акустических волн от различных сечений лопаток рабочего колеса за счет изменения формы оси совмещения профилей. При определенной величине сдвига фаз сложение акустических волн может приводить к их взаимной компенсации и снижению тонального шума на лопаточной частоте и её гармониках. В настоящее время имеются противоречивые данные о влиянии пространственной формы оси совмещения профилей на снижение шума и аэродинамические характеристики рабочих колес ступени. Поэтому, изучение механизмов генерации шума в рабочих колесах осевых компрессоров и вентиляторов с нерадиальной осью совмещения профилей, особенностей их аэродинамических характеристик и проектирования является актуальной задачей, особенно в связи с непрерывно повышающимися требованиями к допустимым уровням шума осевых турбомашин.
Цель работы состоит в расчетном и экспериментальном исследовании влияния формы оси лопаток на аэродинамические и акустические характеристики рабочих колес осевых ступеней, разработке рекомендаций по профилированию лопаток ступеней с пониженным уровнем шума и улучшенными газодинамическими показателями.
Для выполнения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Анализ различных источников шума в рабочих колесах дозвуковых осевых компрессоров и вентиляторов и выбор способа снижения уровней шума за счет снижения дискретных составляющих.
2. Разработка программы с применением известных подходов по профилированию лопаток осевых ступеней с радиальной и искривленной осью совмещения, профилирование и изготовление лопаток.
3. Верификация программного комплекса для выполнения расчетных газодинамических исследований лопаточных венцов.

- базовые -серповидные
2.0 3.
Рис. 1.18. Вид осевого колеса с серповидными лопатками и сравнение аэродинамических характеристик После этого были сравнены узкополосные спектры данного колеса и ближайшего аналога с радиальными лопатками (рисунок 1.19). Как видно, в спектре колеса с серповидными лопатками резко снизились уровни на лопаточной частоте и её гармониках (f0, ft, f2, f3). a)
Рис. 1.19. Спектры шумов рабочего колеса с серповидными лопатками (б) и ближайшего аналога с радиальными лопатками (а)
Исходя из сделанного обзора литературы и изучения способов шумообразования в вентиляторах, можно сделать выводы об актуальности и неполной изученности проблемы снижения шума осевых вентиляторных ступеней с помощью серповидных лопаток. Решение данной проблематики является комплексной задачей, ввиду того, что источниками шума в вентиляторной ступени являются многие факторы. Течение в межлопаточных