Совершенствование методов проектирования сопловых аппаратов турбин ГТД на основе профилирования торцевых поверхностей

• Автор: Ковалев, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОВЫХ
ТУРБИН
1.1 Тенденции развития параметров рабочего процесса газотурбинных двигателей
1.2. Вторичные течения в решетках турбомашин
1.3 Способы борьбы с вторичными течениями
Выводы по главе
Задачи диссертационного исследования
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальный стенд для изучения аэродинамических характеристик решеток
2.2. Описание экспериментальной установки
2.3 Методика построения образующих торцевых поверхностей
2.3.1 Методика построения лемнискатной образующей торцевой поверхности
2.3.2 Сравнение геометрических характеристик радиусного и лемнискатного профиля образующей
2.4. Принцип организации измерений
2.5. Применяемые приемники параметров потока
2.6. Методика обработки результатов измерений
2.7. Погрешности измерений
2.8. Анализ достоверности результатов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В РЕШЕТКЕ.
3.1 Обзор существующих численных методов для решения

поставленной задачи
3.2 Модели турбулентности (замыкание уравнений газовой динамики)
3.3 Создание расчетной сетки
3.4 Реализация численного решения
3.4.1 Постановка целей и задач численного моделирования
3.4.2 Модель расчетной области
3.4.3 Постановка задачи
3.4.4 Расчетная сетка
3.5 Результаты численных расчетов
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАНАРНЫХ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГАЗОВЫХ ТУРБИН
4.1. Поджатие проточной части
4.2. Раскрытие проточной части
Выводы по главе
ГЛАВА 5. НЕСИММЕТРИЧНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
5.1 Принципы оптимизационного поиска
5.2 Алгоритм оптимизации торцевых поверхностей
5.3 Примеры оптимизации торцевых поверхностей
5.3.1 Оптимизация торцевых поверхностей соплового аппарата
турбины низкого давления
5.3.2. Оптимизация торцевой поверхности плоской сопловой решетки. Экспериментальная оценка результатов работы комплекса
5.4 Сопоставление полученных результатов с данными других авторов
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
р - давление, Па;
Т - температура, К;
'\'г - скорость потока, м/с;
п*к - степень повышения давления в компрессоре; р - плотность, кг/м3;
0 - расход, кг/с;
<; - коэффициент потерь кинетической энергии;
Г| - коэффициент полезного действия;
1 - шаг решетки, м;
Ь - хорда профиля, м; аг - ширина горла, м;
Ь - высота решетки, м;
(11 - диаметр входной кромки, м; д2 - диаметр выходной кромки, м; р! - угол входа потока в решетку, °;
02 - угол выхода потока из решетки, °;
02эф _ эффективный угол выхода потока из решетки, °;
Р2п - геометрический угол выхода потока из решетки, °; у - угол установки профиля, угол входной и выходной оси образующей, X - приведенная скорость; х - расстояние, м;
Яе - число Рейнольдса;
М - число Маха;
§ - погрешность;
Ькр (длина кривой) - длина образующей, мм;
Ь - длина проекции образующей на ось х, мм Н - длина проекции образующей на ось у, мм х, у - декартовы координаты образующей ,мм;

1 - вентилятор; 2 - ресивер; 3 - подводящий канал; 4 - исследуемая решетка
Он создан на базе низконапорного вентилятора ВН-800-0,01, позволяющего получить на номинальном режиме работы избыточное давление 100 мм вод. ст. при массовом расходе воздуха 1,5 кг/с. Для выравнивания параметров потока и для снижения пульсаций давления на аэродинамическом стенде применен ресивер (рисунок 22), габаритные размеры которого составляют 15 00-2000-3 000мм. Для исключения возможности возникновения отрыва потока подводящий канал выполнен сужающимся с

геометрической степенью конфузорности к = —— = 1,5. Переходный фланец между

подводящим каналом и исследуемой решеткой выполнен таким образом, что позволяет размещать на стенде используемую в настоящей работе решетку.
2.2. Описание экспериментальной установки
В настоящей работе использовалась одна сопловая решетка с различными по форме торцевой поверхности межлопаточного канала отсечными пластинами. Они исследовались на базе экспериментальной установки кафедры "Авиационные двигатели" РГАТУ имени П.А. Соловьева, предназначенной для изучения основных особенностей эффективности современных высоконагруженных лопаточных венцов газовых турбин. Основные габаритные и функциональные размеры установки представлены на рисунке 23.
Установка состоит из корпуса 1, соединенного с профилированными боковыми стенками 3, образующими вместе с лопатками 2 рабочий участок решетки. Высота межлопаточного канала регулируется при помощи перемещения отсечных пластин 4, которые фиксируются проставками 6. Отсечные пластины были изготовлены из листового текстолита толщиной 10мм и фанеры толщиной 12 мм, что позволяло гарантированно соблюдать идентичность формы и качества межпрофильных поверхностей межлопаточного канала. На пластину устанавливались профилированные накладки, соответствующие выбранным для исследования типам межлопаточного канала (раскрытие, поджатие и