Повышение эффективности сопловых аппаратов осевых малорасходных турбин

• Автор: Акуленко, Вера Михайловна
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Роль сопловых аппаратов в эффективности турбин

1.2. Профилирование сопловых аппаратов. Обоснование выбора прямоугольных сопел

1.3. Анализ методов исследования сопловых аппаратов турбин

1.4. Выбор факторов для построения математических моделей

1.4.1. Факторы, влияющие на коэффициент скорости

сопловых аппаратов

Выводы по п. 1.4.

1.4.2. Обоснование выбора факторов для исследования
их влияния на коэффициент скорости СА
Выводы по п. 1.4.
1.4.3. Факторы, влияющие на угол выхода потока рабочего тела
из сопловых аппаратов
1.5. Задачи исследований
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Описание экспериментального стенда
2.1.1. Элементы стенда
2.1.2. Системы измерения и управления стендом.
Замеряемые величины. Измерительные приборы
2.1.3. Модельные сопловые аппараты

2.1.4. Модельные рабочие колеса
2.2. Методика обработки экспериментальных замеров
2.3. Методика расчета газодинамических характеристик
сопловых аппаратов
2.3.1. Последовательность расчета газодинамических характеристик сопловых аппаратов
2.3.2. Погрешность определения газодинамических характеристик сопловых аппаратов
2.3.3. Экспериментальные значения газодинамических характеристик сопловых аппаратов
2.3.3.1. Коэффициент расхода сопловых аппаратов
2.3.3.2. Коэффициент скорости сопловых аппаратов
и угол выхода потока из них
2.4. Разработка математических зависимостей
2.4.1. Выбор вида математической зависимости
2.4.2. Определение коэффициентов полинома
2.4.3. Корреляционный анализ факторов
2.4.4. Проверка адекватности модели экспериментальным данным
2.4.5. Проверка значимости коэффициентов
Выводы по главе
3. АНАЛИЗ СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ НА КОЭФФИЦИЕНТ СКОРОСТИ
ИССЛЕДУЕМЫХ ФАКТОРОВ
3.1. Коэффициент скорости сопловых аппаратов
3.1.1. Математическая зависимость коэффициента скорости
3.1.2. Анализ значимости коэффициентов
регрессионной модели
3.1.3. Оценка влияния на коэффициент скорости
исследуемых факторов и их сочетаний
3.1.4. Имитационное моделирование

3.1.4.1. Оптимизация по одному фактору
3.1.4.2. Четырехмерная оптимизация
3.1.4.3. Визуальный анализ влияния факторов
Выводы по разделу 3.
3.2. Угол выхода потока рабочего тела из сопловых аппаратов
3.2.1. Математическая зависимость угла выхода потока
3.2.2. Анализ значимости коэффициентов
регрессионной модели
3.2.3. Оценка влияния на угол выхода потока
исследуемых факторов и их сочетаний
3.2.4. Имитационное моделирование
3.2.4.1. Оптимизация по одному фактору
3.2.4.2. Четырехмерная оптимизация
3.2.4.3. Визуальный анализ влияния факторов
Выводы по разделу 3.
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ МОДЕЛЬНЫХ СА
4.1. Причины, влияющие на коэффициент скорости СА
4.1.1. Влияние на коэффициент скорости СА степени расширения
и конструктивного угла выхода сопел
4.1.2. Влияние на коэффициент скорости СА степени расширения
сопел и конструктивного угла входа РК
4.1.3. Влияние на коэффициент скорости С А степени расширения
сопел и характеристического числа
4.1.4. Влияние на коэффициент скорости СА степени расширения
сопел и числа Маха
4.1.5. Влияние на коэффициент скорости СА угла выхода сопел
и угла входа в РК
4.1.6. Влияние на коэффициент скорости СА угла выхода сопел
и характеристического числа

Более существенное влияние числа Ле проявляется в околозвуковых решетках с относительно толстыми кромками. При Ле < 1,5-105 потери энергии уменьшаются, особенно при околозвуковых скоростях.
Режимы течения в соплах большинства турбинных ступеней обычно находятся в автомодельной области [57]. Особенно это показательно для сверхзвуковых турбин.
Шероховатость поверхности проточной части сопел. От величины шероховатости зависят потери трения, которые связаны с Ле. В идеале поверхность проточной части должна быть аэродинамически гладкой. В работе
А.Г. Курзона [44] приведена формула, по которой можно определить величину относительной шероховатости аэродинамически гладкой поверхности: в* 0,018 -Яе“4/9.
Наиболее частый режим течения наблюдается в турбинных решетках при обтекании шероховатых поверхностей, когда неровности значительно больше толщины ламинарного пограничного слоя. В этом случае [44] коэффициент трения определяется шероховатостью, но не зависит от Ле (так называемая автомодельная область).
Шероховатость повышает потери трения, что указывает на необходимость строгих требований к чистоте поверхности при изготовлении лопаток.
Высота лопаток СА напрямую связана с концевыми потерями энергии в решетках, зависящими от явлений в потоке вблизи концов лопаток. Эти явления, называемые вторичными течениями, определяются поперечным градиентом давления в канале решетки, пограничным слоем, образующимся на торцевых стенках канала. На рис. 1.12 прослеживается увеличение потерь энергии в С А при увеличении значения Ы1.
На рис. 1.13 показана зависимость коэффициента скорости сопловых аппаратов от скорости истечения и высоты лопатки по данным КТЗ.
Исследования показали [42, 48], что в области сверхкритических скоростей влияние высоты лопаток СА на эффективность его работы значитель-