Методы совершенствования газодинамических характеристик турбин ГТД при различных схемах подвода газа

• Автор: Осипов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 177 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТУРБИН ГТД
1.1 Аналитический обзор работ по исследованиям и оптимизации лопаточных аппаратов турбин ГТД
1.2 Аналитический обзор работ по процессам, методам рас-
четов и выбору оптимальной формы межтурбинных диф-фузорных каналов
1.3 Аналитический обзор работ по течению в диффузорных
каналах с закруткой потока на входе и обтеканию элементов, размещенных внутри проточной части
1.4 Аналитический обзор работ по нетрадиционным схемам
проточной части (боковой подвод газа к турбине)
1.5 Выводы по первой главе
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ
ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИН ГТД. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЬЦЕВОГО ДИФФУЗОРА
2.1 Метод оптимизации элементов проточной части турбин
на основе расчетов трехмерных вязких течений и теории планирования эксперимента
2.2 Результаты численных экспериментов и оптимизации
ступени турбины
2.3 Параметрический анализ аэродинамических характеристик диффузоров
2.4 Математическое моделирование кольцевого диффузора

2.5 Выводы по второй главе
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ И МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Экспериментальный стенд для исследований газодинамических характеристик межтурбинных переходных диффузоров и турбин с боковым подводом газа
3.2 Экспериментальная установка межтурбинного переходного диффузора с расположенным на выходе СА турбины
3.3 Методика испытаний и обработки экспериментальных данных межтурбинного переходного диффузора с расположенным на выходе СА турбины
3.4 Экспериментальная установка и методика испытаний турбины с несимметричным боковым подводом газа
3.5 Экспериментальная установка и методика испытаний турбины с боковым радиальным и тангенциальным подводом газа в распределяющий по окружности тороидальный и улиточный каналы
3.6 Современные высокоэффективные способы создания экспериментальных моделей и проведения газодинамических исследований
3.7 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕ-
ДОВНИЙ
4.1 Исследование газодинамических характеристик и особенностей течения в межтурбинном коническом переходном диффузоре и системе “переходной диффузор - СА турбины”

4.1.1 Характеристики входного устройства
4.1.2 Распределение углов потока по высоте канала на входе и выходе из переходного диффузора
4.1.3 Распределение статического давления на наружном
и внутреннем обводах переходного диффузора
4.1.4 Газодинамические характеристики и особенности течения потока в коническом переходном диффузоре, влияние стоек и обтекателей
4.1.5 Газодинамические характеристики и особенности течения потока в системе “переходной диффузор - СА турбины”, влияние стоек и обтекателей
4.2 Улучшение газодинамических характеристик конического переходного диффузора с расположенным на выходе СА турбины, исследование особенностей течения
4.2.1 Метод улучшения газодинамических характеристик конического переходного диффузора с СА турбины
4.2.2 Анализ по расходным характеристикам вариантов переходного диффузора с СА турбины
4.2.3 Газодинамические характеристики и особенности течения в переходном диффузоре с СА турбины
4.2.4 Газодинамические характеристики и особенности течения в переходном диффузоре
4.2.5 Исследование влияния углов установки стоек и обтекателей на потери в переходном диффузоре с СА турбины
4.3 Улучшение газодинамических характеристик осевой турбины ГТД с несимметричным боковым радиальным подводом газа

ное сохранение окружного импульса и подобие его профилей на выходе из диффузоров, несмотря на существенное изменение характеристик меридионального течения. Установлено, что максимум восстановления давления в диффузоре с осевым течением на входе достигается при равнобедренной конфигурации канала, однако с ростом угла закрутки на входе этот максимум достигается при более высоких положительных углах наклона внутренней стенки.
В переходных каналах турбин, компрессоров, в затурбинном устройстве ГТД в большинстве случаев устанавливаются дополнительные элементы, выполняющие роль силовых стоек, либо коммуникаций подвода-отвода масла и воздуха. Эти элементы являются дополнительными источниками потерь и оказывают существенное влияние на картину течения. Данная проблема весьма актуальна и активно изучается отечественными и зарубежными исследователями. Так, Сэноо, Кавагути, Кодзима и Ниси выполнили подробные экспериментальные исследования по поиску оптимальной конфигурации опоры в кольцевых диффузорах с изменяемой закруткой потока на входе [50]. Экспериментальная установка показана на рисунке 1.9. Она состоит из форкамеры (1), закручивающей лопатки (2), входного реперного сечения (3), опоры (4), кольцевой трубы (5) и кольцевого диффузора (6). Исследуемые диффузоры образовывались одним из наружных конусов с углом полураствора конуса 4, 6 и 8 град и цилиндрического центрального тела. Степень диффузорности каждого кольцевого диффузора составляла п = Р2 /Т] = 4,72, относительный диаметр втулки на входе сі = сі2і Т), =0,416. Были испытаны пять опор, показанных на рисунке 1.10. Исследования проводились с закруткой на входе 26 град. В результате установлено, что наибольшие потери присутствуют при обтекании А-опоры цилиндрического сечения (а), а наименьшие при обтекании С-опоры аэродинамического профиля (с). Дальнейшие исследования были проведены с этим профилем.
Исследование влияния установочного угла опор показало, что можно установить опоры таким образом, что характеристики диффузора не ухудшатся в широком диапазоне углов закрутки потока на входе. Так, несмотря на то, что сопротивление опор снижает восстановление давления, в диффузоре с углом