ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВОДЯЩИХ УСТРОЙСТВ МИКРОТУРБИН Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов в машинах и аппаратах»

УДК 629.7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДВОДЯЩИХ УСТРОЙСТВ

МИКРОТУРБИН

Ю. Н. Шевченко, А. А. Кишкин, А. В. Хахленков

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: spsp99@mail.ru

Выполнены установочные продувки тангенциальных подводящих устройств в диапазоне изменения основных геометрических и режимных параметров с целью определения кинематических и энергетических характеристик: поле скоростей и давлений на входе в рабочее колесо; коэффициенты потерь полных энтальпий подводящего устройства.

Ключевые слова: кинематические характеристики, рабочее колесо, энтальпия, подводящее устройство, коэффициент потерь, крутящий момент, скорость вращения ротора.

EXPERIMENTAL STUDY OF INLET DEVICES OF MICRO-TURBINES

Yu. N. Shevchenko, A. A. Kishkin, A. V. Khakhlenkov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: spsp99@mail.ru

Completed the installation of a blowdown tangential inlet devices in the range of variation of the main geometrical and operating parameters to determine the kinematic and energy characteristics of the field of velocity and pressure at the inlet to the impeller; the loss factors of the full enthalpy of the inlet device.

Keywords: kinematic characteristics, impeller, enthalpy, supply device, loss factor, torque, speed of rotation of the rotor.

Для получения экспериментальных характеристик энергетической установки, подтверждения данных теоретических исследований и проведения верификации расчетного алгоритма были произведены испытания физического макета энергетической установки [1].

Принципиальная схема экспериментального стенда для проведения испытаний физического макета энергетической установки представлена на рис. 1. Стенд состоит из турбинного узла с набором сменных колес, двигателя в балансировочном подвесе, пульта управления расходом рабочего тела, ресивера, компрессора, системы измерений.

Система измерений испытательного стенда позволяет контролировать параметры температуры, давления, расхода, крутящего момента, скорости вращения ротора [2]. В качестве контрольных точек стенда используются точки в характерных сечениях проточной части турбины (входное сечение (вх), сечение в канале подводящего устройства (0), сечение на входе в колесо (1), выходное сечение (вых)). Для возможности оценки степени парциальности турбины для сечения на входе в колесо измерения проводятся в четырех точках, отстоящих друг от друга на 90 ° (точки 1-1, 1-2, 1-3, 1-4).

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1

Рис. 1. Схема экспериментального стенда: 1 - турбинный узел; 2 - двигатель в балансирном подвесе; 3 - ресивер; 4 - редуктор управления расходом рабочего тела; 5 - датчик температуры; 6 - датчик давления; 7 - датчик расхода; 8 - датчик крутящего момента; 9 - датчик оборотов; 10 - измерительный комплекс

Положение точек показано на рис. 2.

Рис. 2. Расположение контрольных точек

Стенд испытаний физического макета энергетической установки позволяет проводить испытания турбин различных типов на модельном рабочем теле при давлении на входе в турбинный узел до 3 атм и скорости вращения ротора турбины до 10000 об/мин [3].

Измерительная система для испытательного стенда автоматизирована и построена на базе контролеров National Instruments NI cDAQ9181 и NI USB 6008. Считывание и фиксация сигналов датчиков измерительной системы производится в графической среде разработки LabVIEW 2012. Давление в системе контролируется датчиками давления ИКД-6, которые измеряемую величину возвращают в вольтах. Для перевода показаний датчиков ИКД-6 в формат единиц измерения давления используются тарировочные характеристики, полученные одномоментно с градацией

Секция «Моделирование физико-механических и тепловьх процессов в машинах и аппаратах»

давления по гидравлическому столбу жидкости. Экспериментальные исследования проводились в несколько серий при варьировании типов рабочих колес, направляющих аппаратов, уровней нагрузки генератора [4].

Исходя из результатов апробации математической теплогидравлической модели можно сделать выводы, аналогичные выводам по результатам вычислительного эксперимента:

- с увеличением высоты лопатки падает как значение КПД, так и уровень полезной мощности;

- с увеличением диаметра рабочего колеса значения КПД и полезной мощности растут. Между тем, экспериментальные исследования показали значительный уровень потерь энергии

в самом рабочем колесе турбины. Сокращения величины этих потерь можно добиться за счет более оптимального профилирования лопаток колеса [5].

Библиографические ссылки

1. Верещагин М. П., Леонов В. П., Головачев Д. В. Неподвижный радиальный диффузор малорасходного холодильного центробежного компрессора // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение», 2010. Спецвыпуск. С. 171-177.

2. Степанов Г. Ю. Гидродинамика решеток турбомашин. М. : Физматгиз. 1962. 512 с.

3. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М. : Машиностроение, 1986. 376 с.

4. Кишкин А. А., Назаров В. П., Жуйков Д. А., Черненко Д. В. Теория пространственного пограничного слоя в гидродинамике турбомашин : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. 250 с.

5. Зарубин В. С. Математическое моделирование в технике : учеб. для вузов / под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 496 с.

© Шевченко Ю. Н., Кишкин А. А., Хахленков А. В., 2019.