CC BY
10tem / V.K. Buyanova, A.I. Smetanin, E.V. Arkhangelsk - M: Transport. - 1988. - 223 p.
3. Shenfeld K.P. On the value of the indicator "Wagon turnover" in modern conditions / K.P. Shenfeld // Vestnik VNIIJT, No. 6 - 2008. - p. 10-12
4. Kudryavtsev V.A. The turnover of the wagon must be rehabilitated. Gudok newspaper dated January 21, 2016 y.
5. Xusainov F.I. Wagon turnover - familiar and unfamiliar // RSP-Expert. 2016. No. 10-11. p. 69-71.
6. Shotoxin A.A. Improving the management of a fleet of freight wagons in a competitive environment. Dis. Cand. tech. sciences. Moscow - 2019. - 149 p.
7. Suyunbaev Sh.M. Regularities of train formation at technical stations when trains depart on the lines of a fixed schedule: Dis. ... Cand. tech. sciences. SPb .: PGUPS. - 2011. - 176 p.
8. Svetashev A.A. Patterns of composition formation at sorting stations: Dis. ... Cand. tech. sciences. SPb.: PGUPS, 2015. - 151 p.
9. Butunov D.B. Modeling Of Unproductive Losses In The Operation Of A Sorting Station / D.B. Butunov, S.K. Khudayberganov, Sh.M. Suyunbayev // European Journal of Molecular & Clinical Medicine. USA, - 2020. - No. 2. - p. 6-19.
10. Butunov D.B. Assessment of unproductive
losses in the operation of the sorting station / D.B. Butunov, A.G. Kotenko // Izvestiya PGUPS. - 2018. - No. 4. - p. 498-512.
11. Butunov D.B. Development of classification of the reasons of losses in the work sorting stations / D.B. Butunov, Sh.M. Suyunbaev // Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers. Tashkent, - 2019. - No. 2. - p. 167-175.
12. Butunov D.B. A study of the implementation of standards-time of wagons at sorting station / D.B. Butunov // Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers. Tashkent, - 2019. - No. 3. - p. 165-172.
13. Butunov D.B. Systematization of factors influencing during processing of wagons at the sorting station / D.B. Butunov, N.K. Aripov, A.M. Bashirova // Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers. Tashkent, - 2020. - No. 2. - p. 84-91.
14. www.stat.uz
15. Ono T. Toyota Production System. Moving away from mass production / Per. from eng. / 2nd ed., Rev. and add. - M.:, 2006 .-- 208 p.
16. Erofeeva E.A. Improvement of the technique of technical regulation of the indicator "Wagon turnover" in the conditions of a plurality of rolling stock operators / E.A. Erofeeva, V.N. Zubkov // Electronic scientific journal. Moscow, - 2016. - No. 6. p. 80-89.
THE TURBOSHAFT ENGINE PERFORMANCE INVESTIGATION USING TWO-DIMENSIONAL
COMPRESSOR APPROACH
Boyko L.G.,
Doctor of Technical Sciences, professor Department of Aviation Engines Theory, NAU "KhAI", Kharkov, Ukraine Datsenko V.A. postgraduate student, Department of Aviation Engines Theory, NAU "KhAI", Kharkov, Ukraine
РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБОВАЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУМЕРНОГО ПОДХОДА К МОДЕЛИРОВАНИЮ КОМПРЕССОРА
Бойко Л.Г.,
доктор технических наук, профессор, кафедра теории авиационных двигателей, НА У «ХАИ», г. Харьков, Украина Даценко В.А. аспирант
кафедра теории авиационных двигателей, НА У «ХАИ», г. Харьков, Украина
Abstract
The results of mathematical modeling processes in the turboshaft gas turbine engine are presented. The using calculation method based on a high-level Gas Turbine Engine mathematical model, which is founded on a multistage axial compressor two-dimensional description. Presented are the processes in Gas Turbine Engine on stationary modes analysing results given in the article showed the used model advantage, reliability and expediency of its practical application.
Аннотация
Представлены результаты математического моделирования процессов в турбовальном газотурбинном двигателе с однокаскадным газогенератором. Для их получения использован метод расчета, основанный
на математической модели ГТД высокого уровня, опирающейся на двумерное описание многоступенчатого осевого компрессора. Приведенные в статье результаты анализа процессов в ГТД на стационарных режимах показали преимущество используемой модели, достоверность полученых результатов и целесообразность ее практического применения.
Keywords: gas turbine engine, axial multistage compressor, throttle characteristic.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, осевой многоступенчатый компрессор, дроссельная характеристика
Введение
Расчетный анализ термодинамических параметров газотурбинных двигателей различного назначения играет важную роль на всех стадиях их проектирования: от определения параметров основных узлов, согласования их работы, оптимизации на «расчетном» режиме до вычисления эксплуатационных характеристик (дроссельных, высотно -скоростных и климатических) в широком диапазоне рабочих режимов.
Для этого в зависимости от решаемой задачи могут быть использованы расчетные методы и математические модели двигателей различного уровня сложности. В соответствии с имеющейся классификацией [1, 2] модели газотурбинных двигателей (ГТД) 1-го уровня опираются на математические модели составляющих их узлов 0-го уровня, т.е. такие, в которых их характеристики задаются извне в виде таблиц (массивов переменных) или зависимостей. Для лопаточных машин эти данные могут быть получены либо экспериментально, либо с использованием библиотеки характеристик компрессоров и турбин с последующим их масштабированием [3] в соответствии со значениями степени повышения (или понижения) давления и расхода рабочего тела на «расчетном» режиме для рассматриваемого ГТД.
Методы расчета характеристик газотурбинных двигателей, основанные на математических моделях 2-го уровня, опираются на расчет параметров потока по среднемассовым показателям с учетом геометрических параметров проточной части и решеток профилей лопаточных венцов на среднем радиусе (1 уровень моделирования процессов в узлах). Такие методы расчета имеют весьма существенные преимущества по сравнению с методами, основанными на моделях узлов 0-го уровня.
Еще большими возможностями обладают математические модели ГТД 3-го уровня, в которых при описании процессов в узлах применяются модели 2-го уровня, которые опираются на расчет параметров течения в двумерной осесимметричной постановке на основании заданной геометрии лопаточных венцов по всей высоте проточной части. Такие модели позволяют учесть влияние входной радиальной неравномерности потока и других факторов на параметры лопаточных машин, их суммарные характеристики, а также характеристики ГТД в целом.
Учитывая сказанное выше, представляется целесообразным провести анализ возможностей применения в математических моделях ГТД двумерных подходов к расчету течения в многоступенчатых компрессорах.
1. Постановка задачи
При анализе характеристик ГТД могут быть использованы методы расчета и программные комплексы, в основу которых положены различные подходы к описанию процессов в узлах. Для оценки точности расчета эксплуатационных характеристик конкретных ГТД, полученных с использованием различных методов, необходимо провести сопоставление результатов с экспериментальными данными.
В представленной ниже статье будет проведен анализ характеристик турбовального ГТД с одно-каскадным газогенератором, имеющим регулируемые в зависимости от режима работы направляющие аппараты первых ступеней. Следует отметить, что такие расчеты невозможно провести, опираясь на модели компрессоров нулевого уровня. В данной статье приведены результаты, полученные при подключении к комплексу программ расчета ГТД математических моделей многоступенчатого компрессора и расчетных модулей, основанных на двумерном методе расчета.
Таким образом, целью данной статьи является исследование возможности применения при моделировании течения в ГТД двумерного подхода к расчету течения в компрессоре и сопоставление результатов с опытными данными.
2. Решение задачи
В качестве объекта исследования использован однокаскадный турбовальный ГТД с 12-ти ступенчатым осевым компрессором, направляющие аппараты первых трех ступеней и входной направляющий аппарат являются регулируемыми в зависимости от частоты вращения. При выполнении расчетов законы регулирования были заданы и описаны с использованием линейных зависимостей. В рассматриваемом диапазоне относительных частот вращения ппр = 0,9...1,0 (частоты отнесены к «расчетной» частоте для данного ГТД) клапаны перепуска не открывались.
При выполнении расчетов параметров ГТД использован метод расчета течения в компрессоре в двумерной осесимметричной постановке. Расчет характеристик турбины выполнен с помощью обобщенных зависимостей [4].
2.1. Используемый метод расчета параметров многоступенчатого компрессора
Необходимые для проведения расчетов характеристик ГТД параметры многоступенчатых компрессоров могут быть получены с помощью методов поверочного газодинамического расчета с учетом геометрических параметров проточной части и лопаточных венцов, что позволяет достаточно
легко моделировать их изменение и определять параметры потока в компрессоре при регулировании углов установки лопаточных венцов направляющих аппаратов на различных режимах или отбора рабочего тела из проточной части.
Основные положения используемого метода расчета дозвукового осесимметричного течения в компрессоре представлены в работе [5]. Метод предназначен для определения радиальной структуры течения в зазорах между лопаточными венцами, а также интегральных параметров течения в многоступенчатом компрессоре в широком диапазоне стационарных режимов по расходу и частоте вращения. Метод позволяет приближенно учитывать эффекты турбулентного переноса параметров потока в радиальном направлении, а также формирование торцевых погран слоев с учетом подвода энергии из ядра потока и их влияния на течение в ядре потока.
Традиционно вводимое в методы расчета осе-симметричного течения предположение об отсутствии турбулентного обмена между струйками тока не вполне отражает реальные процессы в турбома-шинах. Основываясь на экспериментальных данных, можно сказать, что турбулентное смешение вносит существенные коррективы в процесс формирования течения и влияет на радиальные эпюры параметров. Условное разделение процесса энергообмена в лопаточных венцах при обтекании невозмущенным потоком и турбулентного обмена позволило упростить описание реального процесса в тур-бомашине.
Расчет области турбулентного обмена с помощью уравнений переноса массы, импульса и энергии крупномасштабными турбулентными пульсациями, позволяет оценить степень выравнивания течения в ступени, сглаживания входной радиальной неравномерности течения в многоступенчатом осевом компрессоре.
Для получения радиального распределения параметров используется принцип максимума потока механической энергии, предложенный В.Н. Ершовым [6], и характеристики решеток профилей лопаточных венцов, расположенных на различных радиусах, определяемые на основании обобщенных полуэмпирических зависимостей.
Расчет торцевого пограничного слоя на ограничивающих проточную часть поверхностях с учетом подвода механической энергии позволяет моделировать стабилизацию его толщины в проточной части многоступенчатого компрессора с учетом подвода энергии из ядра потока.
При дросселировании ступени увеличиваются углы натекания на лопатки, соответственно растут потери энергии, а также появляется вероятность срыва потока с поверхности разрежения. Принято, что отрыв характеризуется предельным значением степени диффузорности Беч [7]. Предполагается,
что ступень находится в режиме срыва, когда в большинстве элементарных сечений по высоте лопатки достигнуто предельное значение степени диффузорности.
С увеличением расхода в отдельных решетках, расположенных на различных радиусах могут быть достигнуты критические значения скорости течения, такие сечения принято считать запертыми. В этом случае расход рабочего тела перераспределяется между остальными сечениями. Ступень считается запертой, если заперта большая часть проходных сечений.
Суммарные параметры ступени (степень повышения давления и КПД) могут быть определены путем интегрирования параметров потока по радиусу с использованием законов сохранения массы, энергии и энтропии в осредненном и осредняемом пото-
*
ках. Аналогично находятся значения як и КПД для многоступенчатого компрессора в целом на каждом из исследуемых режимов.
Определение границы устойчивости в поверочных расчетах выполняется с использованием предельных значений степени диффузорности [7].
Описанный выше метод расчета осесиммет-ричного течения в компрессоре реализован в программном комплексе PROC.
3. Результаты расчета параметров компрессора
Ниже приведены результаты расчета параметров и характеристик компрессора с помощью представленных выше метода расчета двумерного течения.
На рис. 1 показана полученная расчетным путем суммарная характеристика компрессора в виде
изоэнтропического КПД Лк$от приведенного расхода воздуха на входе. Из рисунка следует, что характеристики, полученные с помощью двумерного подхода достаточно хорошо согласуются с результатами опытных исследований.
*
зависимостей степени повышения давления пк и
1,4
1.2
1,0
0,8
0,6
0,4
•1 1 % О оЗ г i
э и,,, -0,9 • jf i = 1,0
_Ппр = 0,5 Ппр - -0,945 Л ' 9> о / > ■
Уу' // ' jéf f с 3 ■
(Л с < с Э =1
► С
0,60
G
0,70 0,80 0,90
Рис. 1. Характеристика компрессора
О- эксперимент,
О - расчет компрессора
_-экспериментальная граница устойчивости работы,
__________- расчетная граница устойчивости работы
БПр
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
4. Математическое моделирование процессов в турбовальном ГТД
Апробированный выше метод расчета параметров многоступенчатого компрессора и соответствующий программный модуль использован в комплексе программ для анализа характеристик ГТД. На рис. 2 приведено схематическое изображение проточной части исследуемого ГТД, используемое при построении его математической модели. Расчет дроссельной характеристики выполнен с помощью разработанной ранее математической модели ГТД [4]. Модель построена по модульному принципу. При определении термогазодинамических параметров основных узлов ГТД и их элементов производится обращение к соответствующим модулям: входного устройства, камеры сгорания, многоступенчатой турбины, выходного устройства. Соответствующие им модели выполнены в традиционной поузловой интерпретации. Особенностью
модели является повенцовая детализация процессов в многоступенчатом осевом компрессоре. Для описания его термогазодинамических параметров при моделировании процессов в двигателе используются геометрические параметры лопаточных венцов, проточной части, сведения о расходах отбираемого и перепускаемого воздуха. При наличии поворотных статорных лопаток учитывается программа их регулирования в зависимости от частоты вращения.
Исследование характеристики ГТД проводилось на установившихся режимах работы. В рассмотренном диапазоне частот вращения клапаны перепуска были закрыты. Поворот входного направляющего аппарата и направляющих аппаратов 1-й, 2-й и 3-й ступеней осуществлялся согласно принятым в эксплуатации линейным зависимостям.
Рис. 2. Схематическое изображение проточной части ГТД
Результаты расчета дроссельной характеристики турбовального ГТД в виде линии совместных режимов работы узлов газогенератора при различных частотах вращения показаны на характеристике компрессора на рис. 3. Там же представлены результаты экспериментальных исследований, которые находятся в хорошем соответствии с результатами расчетного анализа.
На рис. 4 показано, как изменяется мощность и удельный расход топлива в зависимости от частоты вращения. Все параметры представлены в обезраз-меренном виде: их значения отнесены к параметрам на «расчетном» режиме. Как видно из рисунка, результаты расчета хорошо согласуются с опытными данными.
Рис. 3. Линия рабочих режимов на характеристике компрессора
- расчет,
- эксперимент
Рис. 4. Зависимость мощности и удельного расхода топлива от приведенной частоты вращения ротора
газогенератора
О- эксперимент,
_- расчет с помощью математической модели ГТД
Выводы
1. Проведено математическое моделирование параметров турбовального ГТД на установившихся режимах работы. При построении модели ГТД использован подход к расчету параметров многоступенчатого осевого компрессора, основанный на двумерном методе расчета течения.
2. Для оценки метода расчета проведен расчет суммарных характеристик многоступенчатого осевого компрессора, являющегося одним из наиболее сложных узлов ГТД, на установившихся режимах
работы с учетом поворота лопаток ВНА и направляющих аппаратов 1-й, 2-й, 3-й ступеней по заданной в эксплуатации программе регулирования. На рассмотренных режимах работы клапаны перепуска не открывались, поэтому регулирование многоступенчатого осевого компрессора осуществлялось поворотом статорных лопаток. Проведенное сопоставление с опытными данными показало удовлетворительный результат.
3. Использование в математической модели ГТД модулей расчета многоступенчатого осевого компрессора позволяет получить границу области
устойчивой работы и выполнить анализ параметров потока в зазорах между венцами.
4. Выполнен расчет дроссельной характеристики турбовального ГТД с использованием двумерного подхода к анализу параметров компрессора. Полученные результаты в виде зависимостей мощности и удельного расхода топлива от частоты вращения удовлетворительно согласуются с опытными данными.
References
1. Tunakov, A.P. Optimization methods for the refinement and design of gas turbine engines. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1979. 184 p. [Published in Russian].
2. Ahmedzjanov, A.M., Alekseev, Ju.S., Gumerov, H.S. and others Design of aircraft gas turbine engines. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2000. 454 p. [Published in Russian].
3. Kurzke, J.A. Physics Based Methodology for Building Accurate Gas Turbine Performance Models Proc. of ISABE, 2015, 20220. 11p.
4. Boyko, L.G., Karpenko, E.L. Development of a method for calculating the characteristics of a turboshaft engine with a rotation description of a multistage axial compressor. Vestnik dvigatelestroenija, 2007, no. 3, pp. 143 - 146. [Published in Ukraine].
5. Boyko, L.G., Ershov, V.N., Girich, G.A. and others, Method of calculation of the two-dimensional flow in the multi-stage axial compressor. Izv. Vuzov, 1989, no. 5, pp. 56 - 60. [Published in Russian]
6. Ershov, V.N. Unstable modes of turbomachines. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1966. 180 p. [Published in Russian]
7. Liblein, S. Loss and Stall analysis of Compressor Cascade Trans. ASME, 1959, no. 3, p. 387 - 400.
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR THE PRODUCTION OF FUNCTIONAL FOOD PRODUCTS BASED ON THE AMARANTH PLANT
Fathullayev А.,
Candidate of Technical Sciences, Tashkent State Agrarian University, Tashkent region, Kibray district, Universitetskaya Street, 2.
Sultonov KS., Doctor of Agricultural Sciences Tashkent State Agrarian University, Tashkent region, Kibray district, Universitetskaya Street, 2.
Abdumalikov I.R. doctoral student Tashkent State Agrarian University, Tashkent region, Kibray district, Universitetskaya Street, 2.
Abstract
Modern ideas about healthy nutrition are based on the concept of optimal nutrition, according to which it is necessary to meet the needs of the body not only in energy, essential macro - and micronutrients, but also in the necessary minor components by optimizing the structure of nutrition through the introduction of specialized food products into the diet. Which are functional food products.
Keywords: amaranth, protein, food, beverage, technology, functionality, extract
Functional food products are products created by a person in order to give him certain properties aimed at preserving and improving health.
Food products, in particular beverages, play an important role in the structure of the population's diet. Currently, the market of non-alcoholic and low-alcohol beverages is actively developing. There is an increase in demand for functional drinks.
The conducted research shows that consumers are currently showing interest in functional drinks that are enriched with natural substances that have therapeutic and preventive properties and reduce the risk of diseases [2].
The average annual growth rate of the market of traditional and low-calorie food and beverages is 2-4%, while functional beverages have these indicators at the level of 15-20%.
Drinks obtained with the use of plant extracts, which not only give new flavors, but also enrich them with biologically active substances that have a positive effect on the functional activity of the body, are gaining popularity [3].
Of great interest for the creation of biologically active food additives are the leaves of the amaranth plant. All parts of amaranth contain a significant amount of biologically active substances: amino acids, trace elements, vitamins, proteins, pectin, flavonoids, including natural antioxidants: amaranth, ascorbic acid, carote-noids, methionine, squalene, rutin and quercetin.
We conducted research on the use of amaranth leaves for the production of functional beverages-a whey drink with an extract of the amaranth plant .
According to the results of the studies, amaranth leaf extract was obtained with curd whey, the estab-
