Научная статья на тему 'ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ'

ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY-NC
47
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА / ВЫХОДНОЕ УСТРОЙСТВО / ОСЕРАДИАЛЬНЫЙ ДИФФУЗОР / УЛИТКА КАРМАННОГО ТИПА / МИНИМАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ПОТЕРЬ ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Пономарев Николай Николаевич

Объект и цель научной работы. Объектом является выходное устройство газотурбинной установки, содержащее осерадиальный диффузор и улитку карманного типа. Цель - выбор геометрии устройства, которая обеспечивает минимальные потери полного давления. Материалы и методы. Экспериментальные результаты, полученные на моделях выходных устройств ГТУ. Расчет потерь полного давления в пакете SolidWorks с расширением Flow simulation. Получение поправочных коэффициентов методом регрессионного анализа. Использование теории планирования эксперимента для определения геометрии выходного устройства (ВУ), обеспечивающего минимальные потери полного давления. Основные результаты. Выведены поправочные коэффициенты к расчетным результатам, получаемым в пакете SolidWorks с расширением Flow simulation. Определена геометрия ВУ, которая обеспечивает минимальные потери полного давления. Установлено количественное влияние на потери места установки стоек в радиальной части диффузора. Заключение. Работа имеет практическое значение, поскольку позволяет на этапе проектирования выбрать геометрию ВУ газотурбиной установки, которая обеспечит минимальные потери полного давления.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Пономарев Николай Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SELECTION OF GAS TURBINE EXIT UNIT GEOMETRY WITH MINIMUM PRESSURE LOSSES

Object and purpose of research. This paper discusses gas turbine exit unit consisting of axial-radial diffusor and pockettype volute. The purpose of the study was to select the exit unit geometry that would offer minimum losses of total pressure. Materials and methods. Experimental results obtained for the models of gas turbine exit units. Calculation of total pressure losses in SolidWorks package with Flow simulation extension. Correction coefficients were obtained through regression analysis. The exit unit geometry offering minimum losses of total pressure was obtained using the theory of experiment planning. Main results. The study yielded correction coefficients to the calculation results obtained in SolidWorks package with Flow simulation extension. Exit unit geometry offering minimum losses of total pressure has been successfully found. The effect of strut location in the radial part of diffusor in terms of pressure losses has been quantified. Conclusion. This study enables early identification of exit unit geometry with minimum total pressure losses, so it is valuable for practical gas turbine design.

Текст научной работы на тему «ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ»

DOI: 10.24937/2542-2324-2022-4-402-101-108 УДК 629.5.03-843.8

H.H. Пономарев

ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Научно-производственный комплекс водородной энергетики (НПКВЭ),

Научно-исследовательский отдел испытаний и эксплуатации изделий водородной энергетики (НИОИЭИВЭ), Санкт-Петербург, Россия

ВЫБОР ГЕОМЕТРИИ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ

Объект и цель научной работы. Объектом является выходное устройство газотурбинной установки, содержащее осерадиальный диффузор и улитку карманного типа. Цель - выбор геометрии устройства, которая обеспечивает минимальные потери полного давления.

Материалы и методы. Экспериментальные результаты, полученные на моделях выходных устройств ГТУ. Расчет потерь полного давления в пакете SolidWorks с расширением Flow simulation. Получение поправочных коэффициентов методом регрессионного анализа. Использование теории планирования эксперимента для определения геометрии выходного устройства (ВУ), обеспечивающего минимальные потери полного давления.

Основные результаты. Выведены поправочные коэффициенты к расчетным результатам, получаемым в пакете SolidWorks с расширением Flow simulation. Определена геометрия ВУ, которая обеспечивает минимальные потери полного давления. Установлено количественное влияние на потери места установки стоек в радиальной части диффузора. Заключение. Работа имеет практическое значение, поскольку позволяет на этапе проектирования выбрать геометрию ВУ газотурбиной установки, которая обеспечит минимальные потери полного давления.

Ключевые слова: газотурбинная установка, выходное устройство, осерадиальный диффузор, улитка карманного

типа, минимальный коэффициент потерь полного давления.

Автор заявляет об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2022-4-402-101-108 UDC 629.5.03-843.8

N.N. Ponomarev

Krylov State Research Centre, Tests and Operation Department, Hydrogen R&D Branch, St. Petersburg, Russia

SELECTION OF GAS TURBINE EXIT UNIT GEOMETRY WITH MINIMUM PRESSURE LOSSES

Object and purpose of research. This paper discusses gas turbine exit unit consisting of axial-radial diffusor and pocket-type volute. The purpose of the study was to select the exit unit geometry that would offer minimum losses of total pressure. Materials and methods. Experimental results obtained for the models of gas turbine exit units. Calculation of total pressure losses in SolidWorks package with Flow simulation extension. Correction coefficients were obtained through regression analysis. The exit unit geometry offering minimum losses of total pressure was obtained using the theory of experiment planning.

Для цитирования: Пономарев Н.Н. Выбор геометрии выходного устройства газотурбинной установки с минимальными потерями давления. Труды Крыловского государственного научного центра. 2022; 4(402): 101-108. For citations: Ponomarev N.N. Selection of gas turbine exit unit geometry with minimum pressure losses. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2022; 4(402): 101-108 (in Russian).

Main results. The study yielded correction coefficients to the calculation results obtained in SolidWorks package with Flow simulation extension. Exit unit geometry offering minimum losses of total pressure has been successfully found. The effect of strut location in the radial part of diffusor in terms of pressure losses has been quantified.

Conclusion. This study enables early identification of exit unit geometry with minimum total pressure losses, so it is valuable for practical gas turbine design.

Keywords: gas turbine, exit unit, axial-radial diffusor, pocket-type volute, minimum coefficient of total pressure losses. The author declares no conflicts of interest.

Выходное устройство (ВУ) газотурбинной установки (ГТУ) обеспечивает восстановление статического давления продуктов сгорания, выходящих из турбины, до величины атмосферного давления в канале диффузора. Кроме того, оно отводит выходящий поток перпендикулярно оси ГТУ. За счет установки диффузора мощность и экономичность одновальной ГТУ может возрасти на 6-8 % [1]. Однако имеющее место сопротивление ВУ газотурбинной установки оказывает значительное влияние на снижение мощности и экономичности по сравнению с идеальными значениями. Так, в работе [2] показано, что увеличение потерь на каждые 100 мм водяного столба снижает мощность на 0,8-1 %.

В данной статье рассмотрены выходные устройства, содержащие осерадиальный диффузор и улитку карманного типа, которые наиболее распространены в судовых ГТУ [3], т.к. обеспечивают минимальные осевые габариты и технологичны в производстве. Выходные устройства такого типа применяют при расположении ГТУ в корпусе

судна. ВУ с улитками карманного типа, с лопатками и без них, обеспечивают коэффициент полных потерь Сп = 0,65-0,69 [2].

На рис. 1 представлена схема выходного устройства с осерадиальным диффузором и улиткой карманного типа.

В работе [3] рекомендовано применять для судовых ГТУ степень расширения выходного устройства по отношению к входу в диффузор п = ^з /^1 = 2-3. Индекс «1» относится к сечению входа в диффузор, «2» - к выходу из диффузора, «3» - к выходу из устройства. Рекомендовано улитки проектировать с постоянной скоростью в канале. Удлинение диффузора необходимо выбирать I = Ь/Б1 ~ 1 и радиальность I = Б2/Д = 1,3-1,8. Степени расширения осевого и радиального участка должны быть примерно равны. Рекомендовано выбирать угол внутренней стенки диффузора аВ = 4-10° и наружной аН = 8-12°. Индекс «В» относится к внутренней, а «Н» - к наружной стенке диффузора. Профилирование улитки выполняется в соответствии с методикой [5].

Рис. 1. Схема выходного устройства с осерадиальным диффузором и улиткой карманного типа

Fig. 1. Layout of exit unit with axial-radial diffusor and pocket-type volute

Таблица 1. Геометрические параметры ВУ судовых ГТУ Table 1. Geometric parameters of marine gas turbine exit units

Тип d «в, ° Он, ° L L в L н L д Lп II L ул

MS5001 0,643 0 8,531 1,107 0,643 0,714 0,786 0,909 1,571 0,857

RB211 0,571 0 14,036 0,786 0,429 0,429 0,536 0,8 1,857 0,857

LM2500 0,5 14,04 8,746 1,643 1,214 0,929 0,929 1 1,286 1,071

FT8 0,571 0 7,125 1,536 1,321 1,143 1,143 1 1,286 1

Ряд реализованных схем ВУ судовых ГТУ показаны в [6], и геометрические параметры их даны в табл. 1. Обозначения в таблице: ё = й1 /Б1 - втулочное отношение; Ь = Ь/Б1 - относительная длина ВУ; Ь в = Ьв /Б1 - относительное удлинение внутренней стенки осевой части диффузора; Ьн = Ьн /Б1 - относительное удлинение наружной стенки осевой части диффузора; Ьд = Ьд /Б1 - относительное удлинение наружной стенки диффузора;

Ьп = Ьн /Ьд - отношение осевой части к длине наружной стенки диффузора; ) = Б2 /А - радиальность;

Ь ул = Ьул /Б1 - относительное удлинение улитки по оси ВУ.

В литературе [4, 5, 7] представлены результаты исследования выходных устройств. В основном в этих работах рассматриваются диффузоры, а результаты исследования с улитками носят отрывочный характер. Этих данных недостаточно для обоснованного выбора геометрии и предсказания потерь полного давления.

Обязательным элементом выходного устройства являются стойки. Стойки выполняют функцию поддержки внутренней стенки диффузора и подшипника вала турбины.

Помимо потерь вносимых сопротивлением стоек, вихревые следы за стойками влияют на течение в диффузоре и провоцируют отрывы потока даже в тех диффузорах, которые в чистом виде являются безотрывными. Визуализация течения в диффузоре и улитке дана на рис. 2 и 3.

Метод выбора геометрических размеров выходного устройства, обеспечивающий минимальные потери полного давления, был разработан в [5] и состоял в независимом расчете диффузора и улитки. Течение в каналах принималось как од-

Рис. 2. Визуализация течения у наружной стенки диффузора, передней и боковой стенок улитки

Fig. 2. Flow visualization for outer diffusor wall, front volute wall and side volute wall

Рис. 3. Визуализация течения у внутренней стенки диффузора и задней стенки улитки

Fig. 3. Flow visualization for inner diffusor wall and rear volute wall

номерное. Коэффициент смягчения удара в диффузоре выбирался по экспериментальным исследованиям конического диффузора. Улитка профилировалась исходя из постоянства скорости в условных радиальных сечениях. Оптимальность геометрических размеров нуждалась в экспериментальном подтверждении.

Развитием данного подхода являлась работа [8]. Выполнен учет кольцевого характера канала диффузора. По экспериментальным данным получена зависимость поправочного коэффициента для коэффициента полноты удара в коническом диффузоре, коэффициенты расхода на выходе из диффузора и улитки.

Недостатком данной методики является ограниченный объем экспериментальных данных, который не позволяет надежно экстраполировать результаты за пределы исследованной геометрии.

В настоящей работе для определения геометрии ВУ, которая обеспечивает минимальные потери полного давления, использован пакет SolidWorks с расширением Flow simulation. После предварительных расчетов с различными сетками и их различной адаптацией выбраны характеристики сетки, обеспечивающие приемлемую точность и время расчета. Уровень разрешения задан 7 (максимальный). Размер исходной сетки Nx = 30, Ny = 70, Nz = 32. Количество ячеек 178 290. Модель турбулентности к-г. Интенсивность 2 % и масштаб 0,003 м. Течение турбулентное. Стенки гладкие. Граничные условия на входе - воздух с заданным числом М и равномерным профилем. На выходе - атмосферные параметры. Входной участок перед диффузором Ьвх /D1 = 0,721. Сечение замера параметров перед диффузором располагалось на расстоянии £вх1 /D1 = 0,289. Длина выходного участка за улиткой, за которым располагалось сечение замера Нвых /D1 = 3,3. Входной и выходной участки расчетных моделей одинаковые с экспериментально исследованными моделями выходных устройств с целью последующей проверки точности расчетов.

Для проверки достоверности результатов проведен цикл расчетов на моделях ВУ, для которых имелись результаты экспериментальных исследований. Эксперименты выполнялись при отработке облика ВУ ГТУ12П и ГТУ16П. Всего обработано 104 режима на 21 варианте геометрии. Изменяемые параметры находились в следующих пределах:

= 0,245-0,552 - приведенная скорость; d = dl /D1 = 0,58-0,69 - втулочное отношение;

I = D2 /D1 = 1,28-1,73 - радиальность диффузора; а1 = 0-11,5° - угол внутренней стенки диффузора; Да = а2 - а1 = 4-10° - разность между углами наружной и внутренней стенок диффузора; L = L/D1 = 0,74-1,46 - относительная длина ВУ; Lп = L2 /¿д = 0,63-0,92 - отношение осевой части к длине наружной стенки диффузора; пд = F2 /F1 = 1,73-3,03 - степени расширения диффузора по отношению к входу в него; h ex = hex /D1 = 0-0,41 - эксцентриситет улитки; IIул = D^ /D1 = 1,66-2,66 - относительный диаметр улитки;

Нул = Нул /D1 = 0,83-1,22 - относительная длина выходной части улитки;

2вых = 2вых /D1 = 1,44-2,73 - относительная ширина выхода из улитки;

Lj^ji = Lw /D1 = 0,63-1,12 - относительная длина выхода из улитки;

Lнакл = Lh^ /D1 = 0,6-0,79 - относительная длина наклонной стенки в улитке;

ННнакл = Ннакл /D1 = 0,33-0,36 - относительное расстояние наклонной стенки от оси ВУ; n = F3 /F1 = 2,5-5,63 - степени расширения ВУ по отношению к входу в него;

L ст = LCT /D1 = 0,15-0,27 - относительная длина стойки;

L сту = L^y /D1 = -0,06-0,24 - относительное расстояние хвостовика стойки от начала наружной стенки диффузора;

hст = hCT /D1 = 0,04-0,05 - относительная толщина стойки;

Количество стоек 0-6.

Экспериментальные параметры: Сдэ = (Р\ - Р2*)/(Р1* - Р1) - экспериментальный коэффициент потерь полного давления в диффузоре;

Свуэ = (Р1* - Р3*)/(Р1* - Р1) - экспериментальный коэффициент потерь полного давления в ВУ;

Свупэ = (Р1* - Р3)/(Р1* - Р1) - экспериментальный коэффициент полных потерь давления в ВУ, включающий потери с выходной скоростью.

Полные давления обозначены «*», а статические - без звездочки.

Расчетные параметры по Flow simulation:

Z>s = (Р1* - Р2*)/(Р1* - Р1) - расчетный коэффициент потерь полного давления в диффузоре;

Сву^ = (Р1* - Р3*)/(Р1* - Р1) - расчетный коэффициент потерь полного давления в ВУ;

Таблица 2. Значения оценок коэффициентов уравнений регрессии Table 2. Estimated coefficients for regression equations

Поправочный коэффициент а\ а2 а3 t1 t2 t3 R2

Кд 3,925019 -2,29259 -3,83527 21,435 -4,00717 -11,0426 0,982991

Кву 2,316072 -0,4575 -1,04884 9,909753 -2,54933 -4,69509 0,975997

Квуп 1,855895 -0,29894 -0,81822 12,51992 -2,1449 -7,65426 0,983032

Свуш = (Л - Р3)/(Л - Л) - расчетный коэффициент полных потерь давления в ВУ, включающий потери с выходной скоростью.

Для отношения экспериментальных и расчетных параметров получены регрессионные модели поправочных коэффициентов [10].

Кд = а1 х ^ + а2 Х Свуп* х + аз Х

Кву = а1 Х Свуш + а2 Х + а3 Х СвупЛ

Ккуп = а1 Х Свупя + а2 Х + а3 Х СвупЛ

Значения коэффициентов представлены в табл. 2.

Здесь: Я2 - квадрат коэффициента множественной корреляции, являющийся мерой линейной связи между экспериментальными значениями функции и множеством независимых переменных. Проверка дисперсионного соотношения Е по критерию Фишера продемонстрировала значимость уравнений регрессии. Проверка по /-критерию Стьюдента показала, что все коэффициенты уравнений значимы с вероятностью выше 0,965.

Сдк = Сда х Кд - коэффициент потерь полного давления в диффузоре с корректировкой по экспериментальным данным.

Свук = Сву* х Кву - коэффициент потерь полного давления в ВУ с корректировкой по экспериментальным данным.

Свупк = Свуп? х Квуп - коэффициент полных потерь давления в ВУ, включающий потери с выходной скоростью с корректировкой по экспериментальным данным.

Выходное устройство имеет большое количество геометрических параметров, которые влияют на потери полного давления в нем. Было выбрано 5 наиболее значимых геометрических параметров для проведения численного эксперимента. Остальные параметры зафиксированы. В качестве плана расчетного эксперимента отобран пятифак-торный центральный композиционный план вто-

рого порядка [9]. План содержит 27 расчетных точек. Аргументы плана:

D = D2 /D1 = 1,5-2,0; а = 0-20°; Да = а2 - а1 = 0-8°; Гп = Lh L = 0,75-0,95; пд = F2 /F1 = 2,0-4,0.

Геометрические параметры, которые были постоянны в расчете:

3 = d1 /D1 = 0,638; L = L/D1 = 1,272;

hex = hex /Di = 0,185; Dyл = Dy, /Di = 2,642;

Пул = Hy, /Di = 1,028; ZBbK = ZBHx /Di = 2,166;

Ly, = Ly^ /D1 = 0,924; n = F3 /F1 = 4,3;

L накл = Lнакл /D1 = 0,649; Янакл = Ннакл /D1 = 0,361;

L ст = Lст /D1 = 0,271; L сту = L^ /D1 = -0,056;

h ст = h^j /D1 = 0,054; количество стоек 6.

Расчет выполнялся при приведенной скорости на входе в диффузор = 0,35, которая характерна для диапазона выходных скоростей за турбиной ГТУ. Результаты расчета даны в табл. 3.

По результатам проведенного расчета выходное устройство № 16 обладает минимальными потерями давления ^вупк = 0,4577. В окрестностях данного ВУ проведена проверка на наличие минимума потерь путем изменения аргументов плана эксперимента. Минимум потерь выявлен для устройства № 169 - Свупк = 0,4516, - которое отличается от № 16 большим значением £п = 0,9 Положительный эффект, вероятно, вызван меньшей скоростью потока перед радиальной частью диффузора.

Изменение коэффициента полных потерь давления в ВУ в диапазоне = 0,25-0,45 составляет ^вупк = 0,44-0,479. Установка наклонной стенки в улитке уменьшает коэффициент полных потерь давления. Для устройства № 169 без наклонной стенки Свупк = 0,523, что превышает на 16 % потери в ВУ с установленной стенкой.

Рассмотрим влияние стоек положения на потери давления в выходном устройстве. В рассчитанных

Таблица 3. Результаты расчета по плану эксперимента Table 3. Calculation results as per the design of experiment

№ модели II «1, ° Да, ° Ln Пд Сдк Свук Свупк

1 1,875 15 6 0,9 3,5 0,23658 0,595947 0,667157

2 1,625 15 1 0,9 2,5 0,205875 0,61271 0,649332

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3 1,875 5 6 0,9 2,5 0,201969 0,508759 0,568419

4 1,625 5 6 0,9 3,5 0,216488 0,476578 0,508854

5 1,875 15 2 0,9 2,5 0,213524 0,563539 0,625083

6 1,625 15 2 0,9 3,5 0,222633 0,590374 0,647001

7 1,875 5 2 0,9 3,5 0,204077 0,496933 0,545607

8 1,625 5 2 0,9 2,5 0,189408 0,448331 0,497742

9 1,875 15 6 0,8 2,5 0,23427 0,76552 0,808154

10 1,625 15 2 0,8 3,5 0,223332 0,589961 0,647324

11 1,875 5 6 0,8 3,5 0,212611 0,467365 0,528873

12 1,625 5 6 0,8 2,5 0,200924 0,502206 0,549984

13 1,875 15 2 0,8 3,5 0,222331 0,522707 0,594136

14 1,625 15 1 0,8 2,5 0,209372 0,634912 0,669873

15 1,875 5 2 0,8 2,5 0,184328 0,442992 0,516751

16 1,625 5 2 0,8 3,5 0,20463 0,418402 0,457668

17 1,5 10 4 0,85 3 0,207434 0,54199 0,576794

18 2 10 4 0,85 3 0,202383 0,487164 0,56166

19 1,75 0 4 0,85 3 0,193028 0,424121 0,478769

20 1,75 20 0 0,85 3 0,230119 0,724146 0,764719

21 1,75 10 0 0,85 3 0,199923 0,421943 0,482518

22 1,75 10 8 0,85 3 0,233039 0,677737 0,717137

23 1,75 10 4 0,75 3 0,212091 0,492061 0,561666

24 1,75 10 4 0,95 3 0,210248 0,468503 0,516135

25 1,75 10 4 0,85 2 0,208092 0,610098 0,66984

26 1,75 10 4 0,85 4 0,218498 0,434787 0,502877

27 1,75 10 4 0,85 3 0,208729 0,454655 0,501559

161 1,75 5 2 0,8 3,5 0,203676 0,420587 0,463928

162 1,875 5 2 0,8 3,5 0,201515 0,435222 0,488984

163 2 5 2 0,8 3,5 0,194789 0,500793 0,570257

164 1,5 5 2 0,8 3,5 0,203835 0,459272 0,496039

165 1,625 5 2 0,8 4 0,216865 0,440542 0,505426

166 1,625 5 2 0,8 3 0,197311 0,418886 0,458093

167 1,625 5 2 0,75 3,5 0,207037 0,427967 0,464375

168 1,625 5 2 0,85 3,5 0,204115 0,412186 0,453251

169 1,625 5 2 0,9 3,5 0,20221 0,40927 0,451638

1610 1,625 5 2 0,95 3,5 0,204484 0,446656 0,482921

1611 1,625 5 0 0,9 3,5 0,221035 0,538202 0,568469

1612 1,625 5 9 0,9 3,5 0,204658 0,424314 0,464152

1613 1,625 6 2 0,9 3,5 0,202847 0,42071 0,46286

1614 1,625 4 2 0,9 3,5 0,202911 0,424352 0,463778

184 2 10 4 0,83 3 0,202661 0,47421 0,55396

вариантах ВУ стойки располагались перед диффузором, что является характерным, т.к. в этом месте располагается опора турбины. Из рис. 4 видно, что при перемещении стойки в начало диффузора до расстояния Lсту = 0,15 потери давления возрастают, а при дальнейшем смещении становятся меньшими, чем в исходном варианте. Для оптимального варианта № 169 при максимальном смещении стоек коэффициент полных потерь давления Свупк = 0,366583, однако остается большим, чем в случае их отсутствия (^вупк = 0,277488).

Для ВУ № 184, которое имеет большие углы диффузора и большую радиальность, наблюдается другая зависимость. При смещении стоек на расстояние более Lст = 0,35 полные потери давления становятся равными или даже меньшими, чем для ВУ без стоек. Свупк = 0,413628 при 1сту = 0,809335 и Свупк = 0,413628 без стоек.

Вероятно, в этом случае стойки способствуют уменьшению отрывов от стенок диффузора. Тем не менее потери для варианта ВУ № 169 во всем диапазоне меньше, чем для варианта № 184.

Влиянием закрутки потока за турбиной ГТУ, которая, как правило, имеет место, можно пренебречь до величины 10°. По данным работы [11], в этом диапазоне коэффициент потерь полного давления в ВУ не изменяется.

Выводы

Conclusion

По результатам сравнения экспериментальных результатов и расчетных значений, полученных при тех же режимных и геометрических параметрах при помощи SolidWorks с расширением Flow simulation, выведены регрессионные уравнения поправочных коэффициентов. Расчет, выполненный в соответствии с пятифакторным центральным композиционным планом, позволил найти геометрию выходного устройства, которая обеспечивает минимальные потери полного давления (а1 = 5°, а2 = 7°, пд = 3,5, D = 1,625, L = 0,9). Смещение стоек вниз по потоку в осевой части диффузора позволяет уменьшить потери полного давление. Для ВУ с большими углами стенок осевой части диффузора это смещение может обеспечить потери такого же уровня, как и в ВУ без стоек.

Список использованной литературы

1. Особенности расчета турбины с выходным диффузором одновальной газотурбинной установки / И.К. Ша-

Рис 4. Зависимость коэффициента полных

потерь давления в ВУ от положения стоек

по длине диффузора

Fig. 4. Coefficient of total pressure losses in the exit unit

as function of strut locations along the diffusor

талов, И.А. Барский, Ю.А. Антипов, И.Д. Дудкин // Промышленная энергетика. 2010. № 11. С. 33-34.

2. Воздухоприемные и газовыпускные устройства быстроходных газотурбинных судов / А.М. Захаров [и др.]. Ленинград : Судостроение, 1977. 208 с.

3. Воздухоприемные и газоотводные устройства судовых газотурбинных установок / Ю.А. Бордовицын,

A.А. Вимба, Н.Я. Матусевич, С.И. Нахамкин. Ленинград: Судостроение, 1969. 168 с.

4. Довжик С.А. Исследования по аэродинамике осевого дозвукового компрессора // Труды ЦАГИ. Москва, 1968. Вып. 1099. 279 с.

5. Аэродинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин / А.Ш. Дорфман, М.М. Назарчук, Н.И. Польский, М.И. Сайковский. Киев : Изд-во Акад. наук УССР, 1960. 188 с.

6. Комаров О.В., Недошивина Т.А., Ревзин Б.С. Авиационные и судовые конвертированные газотурбинные двигатели наземного применения. Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2019. 196 с.

7. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. Москва : Энергия, 1970. 384 с.

8. Пономарев Н.Н. Результаты испытания выходных устройств газотурбинных установок // Труды Крылов-ского гос. науч. центра. 2020. Вып. 4(394). С. 121-128. DOI: 10.24937/2542-2324-2020-4-394-121-128.

9. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / Х. Хартман, Э. Лецкий,

B. Шеффер [и др.]. Москва : Мир, 1977. 552 с.

10. Дрейпер Н., Смит /".Прикладной регрессионный анализ: В 2 кн. Кн. 2. Москва : Финансы и статистика, 1987. 351 с.

11. Пономарев Н.Н. Улучшение газодинамических характеристик входных и выходных устройств промышленных газотурбинных установок // Газотурбинные технологии. 2000. № 3. С. 16-19.

References

1. Design peculiarities of a turbine with outlet diffusor for single-shafted gas turbine / I. Shatalov, I. Barsky, Yu. Antipov, I. Dudkin // Industrial Power Engineering. 2010. No. 11. P. 33-34 (in Russian).

2. Zakharov A. [et al.]. Air intakes and gas exhausts for fast craft with gas turbine propulsion. Leningrad : Sudo-stroyenie, 1977. 208 p. (in Russian).

3. Air intakes and gas exhausts of marine gas turbines / Yu. Bordovitsin, A. Vimba, N. Matusevich, S. Nakhamkin. Leningrad : Sudostroyenie, 1969. 168 p. (in Russian).

4. Dovzhik S. Aerodynamics of axial subsonic compressor // Transactions of TsAGI, Moscow. 1968. Vol. 1099. 279 p. (in Russian).

5. Aerodynamics of diffusors and exhaust hoods of turbomachines // A. Dorfman, M. Nazarchuk, N. Polsky, M. Saikovsky. Kiev : Publishing House of Ukrainian SSR Academy of Sciences, 1960. 188 p. (in Russian).

6. Komarov O., Nedoshivina T., Revzin B. Aviation and marine converted gas turbines for land applications. Yekaterinburg : Publishing House of Urals University, 2019. 196 p. (in Russian).

7. Deich M., Zaryankin A. Gas dynamics of diffusors and exhaust hoods for turbomachines. Moscow : Energiya, 1970. 384 p. (in Russian).

8. Ponomarev N. Gas turbine outlets: test results // Transactions of Krylov State Research Centre. 2020. Vol. 4(394). P. 121-128 (in Russian).

9. Hartmann K., Letzki E., Schafer W. Statistische Versuchsplanung und Auswertung in der Stoffwirtshhaft Deutscher Verl fur Grundstoffindustrie (Russian translation). Moscow : Mir, 1977. 552 p.

10. Draper N. , Smith H. Applied Regression Analysis (Russian translation). In 2 vol. Vol. 2. Moscow : Finances & Statistics, 1987. 351 p.

11. Ponomarev N. Gas dynamics optimization for intakes and exhausts of industrial gas turbines // Gas Turbo Technology. 2000. No. 3. P. 16-19 (in Russian).

Сведения об авторе

Пономарев Николай Николаевич, к.т.н., ведущий инженер, ФГУП «Крыловский государственный научный центр», НПКВЭ, НИОИЭИВЭ. Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, д. 44. Тел.: +7 (812) 746-52-68. E-mail: tadpon@mail.ru. https://orcid.org/ 0000-0002-6172-7913.

About the author

Nikolay N. Ponomarev, Cand. Sci. (Eng.), Lead Engineer, Tests & Operation Department, Hydrogen R&D Branch, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoye sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: +7 (812) 746-52-68. E-mail: tadpon@mail.ru. https: //orcid.org/0000-0002-6172-7913.

Поступила / Received: 08.07.22 Принята в печать / Accepted: 14.10.22 © Пономарев Н.Н., 2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.