Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности работы, удельной мощности и надежности дизелей связана с совершенствованием агрегатов газотурбинного наддува. Решение этой задачи возможно как для зсего агрегата б целом, так и для отдельных конструктивных элементов наддува. Одним из путей существенного улучшения эффективности является создание турбинной ступени, приспособленной к условиям работы в потоке выпускных газов.
Стремление минимизировать размеры турбокомпрессоров, применяемых в трап, портных двигателях, имеющие з свою очередь ограничения по габаритам, приводит к не всегда оправданным с точки зрения аэро-динлмики проточной части конструкциям входных патрубков. Наличие входного патрубка обусловливает существенную радиальную и окружную неравномерность параметров потока перед ступенью, которая неблагоприятно сказывается на работе последующих элементов проточной части турбины. Большое влияние на формирование конструкции входного патрубка имееи так-же компоновка турбокомпрессора на двигателе, система наддува и количество каналов выпуска газа.
Отсутствие простых и надежных методов расчета осевых турбинных ступеней,* работающих в условиях крупномасштабной неравномерности входного потока, приводит зачастую к тому, что при оценке характеристик турбины не учитывается предистория входящего потока и его полагают равномерным, что приводит в свою очередь к завышенным расчетным значениям эффективности турбинной ступени. Это обстоятельство вынуждает уточнять характеристики турбины или отдельных элементов проточной части экспериментально на специальных стендах, что является дорогостоящим и трудоемким мероприятием.
Цель работы: Оценка эффективности работы осевой турбинной ступени турбокомпрессора наддува дизелей в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности параметров потока на входе на основе теоретических и экспериментальных исследований.
Задачи исследования: - разработка и создание экспериментального стенда для исследования совместной работы входного патрубка и осевой турбинной ступени;
проведение комплекса экспериментальных исследований существуют и перспективных конструкций входных патрубков и турбинных стулене
разработка инженерного метода расчета турбинной ступени, работ, ющєй в условиях окружной и радиальной неравномерности входного п> тока и его реализация в прикладной программе, обеспечивающей реш ние задач САПР;
сравнение и анализ результатов расчетно-теорегических и зкепер ментальных исследований;
выработка рекомендаций по оптимизации турбинной ступени при со местной работе с входным патрубком.
Научная новизна работы:
экспериментально исследованы поля параметров потока, генериру мые различными типами входных патрубков при совместной работе осевой турбинной ступенью;
получены экспериментальные данные о влиянии окружной неравноме ности параметров входного потока на эффективность работы осев турбинной ступени в широком диапазоне режимов;
разработана методика приведения результатов траверсирования п тока в различных сечениях проточной части к заданному режиму, в у ловиях окружной неравномерности потока перед ступенью;
разработана математическая модель расчета осевой турбинной ст пении, учитывающая окружную и радиальную неравномерность потока п ред ступенью.
Достоверность полученных результатов исследования и вывод обеспечены :
использованием при создании математической модели классичес» уравнений газотермодинамики;
удовлетворительным совпадением результатов расчета с даннь экспериментальных исследований и согласованностью с результате других авторов.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
экспериментально получены сравнительные характеристики турбині ступени при совместной работе с различными типами входных патрі ков, а также в случае равномерного осесимметричного потока на в) де, в широком диапазоне режимных параметров;
на основе разработанной математической модели расчета осеї турбинной ступени, учитывающей окружную и радиальную неравном* ность перед ступенью, создан пакет прикладных программ, удовлеті
ющий требованиям к програмному обеспечению САПР и позволяющий .енивать эффективность работы осевой турбинной ступени, не прибе-ія к дополнительным экспериментальным исследованиям.
Реализация п промышленности. Работа выполнялась в соответствии хоздоговорной -л госбюджетной тематикой кафедры турОиностроения 16ГТУ. Материалы работы использованы АО СКБ "Турбонагнетатели", , Пенза.
Личкый вклад автора. Автором спроектирован и изготовлен экспе--шентальный стенд для исследования осевых турбинных ступеней, ра-этающих в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неразно-эрности потока на входе. Проведен комплекс экспериментальных исс-едований осевой турбинной ступени агрегата наддува дизеля, работа-» цей в составе с входными патрубками различных типов, а также в лучае равномерного осесимметричного потока на входе в широком диа-азоне режимных параметров. Разработан метод расчета течения в осе-ой турбинной ступени в условиях крупномасштабной окружной и ради-льной неравномерности входного потока и пакет прикладных программ, еализующий его. Проведены численные исследования по оценке эффек-ивнести осевой турбинной ступени при различных неравноиерностях годного потока.
Автор защищает:
- методику экспериментального исследования осевой турбинной ступе-
іи при окружной и радиальной входной неравномерности;
методику приведения результатов траверсирования потока в различных сечениях проточной части к заданному режиму в условиях окружной ^равномерности параметров перед турбинной ступенью;
результаты комплекса экспериментальных исследований совместной заботы входного устройства и осевой турбинной ступени;
реализованную в виде прикладной программы методику расчета осевой турбинной ступени в условиях крупномасштабной окружной и радиальной неравномерности входного потока.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались:
на республиканской научно-технической конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустановок в процессе исследования, проектирования, диагностирования и безопасного функционирования", (г. Змиев, 1Э91 г.);
на всесоюзной межвузовской конференции "Газотурбинные и комбини-
рованные установки" (г. Москва, 1991 г.);
- на заседании кафедры турбиностроения СПбТУ (г. Санкт-Петербург
1993 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 печатны работы, выпущен I научно-технический отчет.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ч-глав, заключения. Содержит ^-% страниц машинописного текста,^ таб лицы,^^"рисунков, список использованных источников, включающий ^J наименований, и приложение, отражающее внедрение материалов диссер тации в промышленность.