Разработка метода расчета и проектирования водородных турбодетандеров с улучшенными эксплуатационными характеристиками

• Автор: Оганесян, Артур Влятович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО УЧЕТУ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО ТЕЛА ПРИ РАСЧЕТЕ ТЕЧЕНИЙ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ .

1.1. Способы учета теплофизическнх свойств газа при расчете турбин

1.2. Современное состояние задач оптимального проектирования турбомашин. Постановка задачи оптимизации проточной части турбодетандеров теплоиспользующих энергетических установок

1.3. Выводы и задачи исследования .

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВОДОРОДНЫХ ТУРБОДЕТАНДЕРОВ С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО ТЕЛА
2.1. Аналитические соотношения стационарного одномерного течения реального газа с учетом коэффициента сжимаемости .

2.2. Особенности газодинамического расчета водородных турбодетандеров

2.3. Алгоритм уточненной методики газодинамического расчета водородных турбодетандеров.
2.4. Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ВОДОРОДНЫХ ТУРБОДЕТАНДЕРАХ
3.1. Анализ влияния тсплофизических свойств рабочего тела на облик проточной части водородного турбодетаидера
3.2. Методология экспериментальной отработки водородных турбодетандеров
3.3. Результаты экспериментальных исследований водородного турбодетандера и их анализ .
3.3.1. Автономные доводочные испытания водородных турбодстандеров
3.3.2. Исследования водородных турбодетандеров в составе энергетической установки
3.4. Выводы
РАЗРАБОТКА МЕТОДА УЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВОДОРОДНЫХ ТУРБОДЕТАНДЕРОВ .
4.1. Оценка влияния технологических погрешностей изготовления проточной части на энергетические характеристики водородного турбодетандера.
4.2. Вероятностностатистические методы оценки технологических погрешностей
4.3. Оценка влияния технологических отклонений в геометрии проточной части водородного турбодетандера на его характеристики
4.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И РАЗМЕРНОСТИ
С, IV скорость потока в абсолютном и относительном движении, мс
диаметр, м
С7, массовый расход газа, кгс
1 высота лопатки, м
мощность, Вт
п частота вращения, обмин
у, р, р, Т удельный объем, м3кг давление, Па плотность, кгм3 температура газа,К
Я приведенная скорость потока
а, р углы потока в абсолютном и относительном движении, град
р, ц коэффициент скорости в сопловой и рабочей решетках
2 коэффициент сжимаемости реального газа к показатель адиабаты
Я газовая постоянная, ДжкгК
ср, Су удельная теплоемкость изобарная и изохорная, ДжкгК.
Нижние индексы Т на выходе из турбины
суммарный
0 на входе в турбину
1 за сопловым аппаратом
2 за рабочим колесом
с, 1У в абсолютном и относительном движении.
Верхние индексы
относится к параметрам заторможенного потока.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Используются методы на базе классической теории газовой динамики и лопастных машин, технической термодинамики, современные методы физического и математического моделирования с использованием вычислительной техники, методы регрессионного анализа. Научная новизна. Разработан метод газодинамического расчета водородных турбодетандеров с применением итерационных коррекций значений коэффициента сжимаемости г по каждому из элементов турбодетандерной ступени сопловой аппарат и рабочее колесо, позволяющий спроектировать рациональные конструкции водородных турбодетандеров с повышением эффективности их эксплуатационных характеристик. Повышена точность газодинамических расчетов водородных турбодетандеров на основе учета реальных свойств водорода в исследуемом диапазоне изменения параметров температуры и давления Т0. МПа. Получено экспериментальное подтверждение эффективности разработанного метода в водородных турбодетандерах. Создан метод оценки влияния технологических погрешностей изготовления проточной части на эксплуатационные характеристики водородного турбодетандера, основанный на статистическом анализе. Практическая значимость и реализация результатов. Результаты работы применены при проектировании и изготовлении осевых водородных турбодетандеров в ФГУП Турбонасос, а также использованы при создании агрегатов, работающих на водороде, в институте проблем машиностроения им. Л.Н. Подгорного. Достоверность результатов. Обеспечивается обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением известных математических методов, а также подтверждается количественным согласованием результатов испытаний и теоретических исследований. Объектом исследования служат водородные турбодетандеры. Предметом исследования являются газодинамические процессы в проточной части водородного турбодетандера и отвечающие им элементы конструктивных решений объектов исследования. Апробация работы. Основные результаты докладывались на 3ей Международной научнотехнической конференции СИНТ Воронеж, , на 2ой научнотехнической конференции Новые разработки и технологии в газотурбостроении Украина, Кривой Рог, , на отчетной конференции ВГТУ Воронеж, , обсуждались на семинарах и совещаниях во ФГУП Турбонасос, на кафедре НГОиТ ВГТУ. Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, библиографического списка из наименований, содержит 4 страницы, включая таблиц, рисунков. Исследования свойств реальных газов в широком диапазоне термодинамических параметров показали, что их свойства отличаются от полученных по законам, справедливым для идеальных газов, тем значительнее, чем выше плотность. Молекулы реальных газов в отличие от идеальных газов имеют определенные конечные размеры, и между ними существуют силы межмолекулярного взаимодействия. При определенных условиях эти силы могут приводить к ассоциации или диссоциации молекул, что существенно отражается на свойствах газа. При малых межмолекулярных расстояниях внутренние силы могут действовать как силы отталкивания и создавать внутреннее давление, которое, как показал голландский физик ВандерВаальс, обратно пропорционально удельному собственному объему молекулы 1. При значительных расстояниях между молекулами действуют главным образом силы взаимного притяжения рис. В связи с этим значение произведения давления реального газа на его удельный объем ру при изменении давления и сохранении постоянства температуры, как правило, не остается постоянным. В случае уменьшения ру с ростом давления реальный газ оказывается более сжимаемым, чем идеальный газ, и, наоборот, при увеличении ру с ростом р реальный газ оказывается менее сжимаемым по сравнению с идеальным газом. Указанные выше обстоятельства характеризуются коэффициентом сжимаемости г. Результаты измерений показывают, что газы в некотором интервале температур обнаруживают оба эти отклонения от свойств идеального газа и кривые г р,Т имеют экстремум рис. Из рис.