Определение величины радиальных зазоров центробежного компрессора и турбины малоразмерного газотурбинного двигателя на максимальном режиме работы

Авиационная и ракетно-космическая техника


DOI: 10.34759/vst-2022-1-131-143

Авторы

Юртаев А. А.*, Бадыков Р. Р.**, Бенедюк М. А.***, Сеньчев М. Н.****

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: don.yurtaev2016@yadnex.ru
**e-mail: renatbadykov@gmail.com
***e-mail: benedyuk00@bk.ru
****e-mail: senchevmn@mail.ru

Аннотация

Рассматривается методика определения величины радиальных зазоров между ротором и статором осевой турбины и центробежного компрессора на максимальном режиме работы малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД) тягой 220 Н с применением связанного газодинамического расчета для определения его напряженно-деформированного состояния в программном комплексе ANSYS. Связанный газодинамический расчёт позволяет более точно определить распределение давления, действующего на лопатки, а также распределение температур по деталям ротора и статора, т.е. повышает точность определения напряженно-деформированного состояния исследуемых деталей ГТД. Определено влияние различных факторов на величину зазора, приведены эпюры распределения коэффициента теплопередачи для сопловых и рабочих лопаток турбины и компрессора. В заключение даны рекомендации по выбору величин монтажного радиального зазора при проектировании малоразмерных ГТД.

Ключевые слова:

газодинамический расчет в ANSYS, сопряженное моделирование, радиальный зазор в компрессоре и турбине, напряженно-деформированное состояние деталей ротора и статора, конечно-элементные модели секторов турбины и компрессора, коэффициент теплоотдачи

Библиографический список

  1. Лоскутников А.А., Усов Д.В., Ялчибаева Л.Н., Копиртех А.В. Применение газотурбинных двигателей малой мощности // Молодой ученый. 2011. № 10 (33). С. 40-42.

  2. Забелин Н.А., Матвеев Ю.В., Фокин Г.А. Подшипники для малорасходных турбин автономных источников электрической энергии // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2014. № 4(207). С. 210-222.

  3. Поляхов Н.Д., Стоцкая А.Д. Обзор способов практического применения активных магнитных подшипников // Научное приборостроение. 2012. Т. 22. № 4. С. 5-18.

  4. Oppong F., Spuy S.J., Backström T.W., Diaby A.L. An overview on the performance investigation and improvement of micro gas turbine engine // Journal of the South African Institution of Mechanical Engineering. 2015. No. 31, pp. 35-41. DOI: 10.13140/RG.2.2.10055.09123

  5. Осипов И.В., Ломазов В.С. Разработка малоразмерных ГТД различного типа на базе унифицированного газогенератора // Авиационные двигатели. 2019. № 4(5). С. 11-18. DOI: 10.54349/26586061_2019_4_11

  6. Беляев В.Е., Беляева С.О., Трофимович И.В. Применение малоразмерных ГТУ в системах децентрализованного энергоснабжения // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2010. № 3/2(45). С. 59-61.

  7. Nascimento M.A.R., Rodrigues L.O., Santos E.C. et al. Micro Gas Turbine Engine: A Review, 2013. DOI: 10.5772/54444

  8. Казанджан П.К., Тихонов Н.Д., Янко А.К. Теория авиационных двигателей. Теория лопаточных машин: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1983. – 217 с.

  9. Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник для вузов. В 2 книгах. – М.: Машиностроение, 2003. – 616 с.

  10. Крылов Б.А. Влияние радиального зазора на КПД осевых турбин с рабочим колесом с бандажом // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 117-122.

  11. Bringhenti C., Barbosa J.R. Effects of Turbine Tip Clearance on Gas Turbine Performance // ASME Turbo Expo 2008: Power for Land, Sea, and Air (09–13 June 2008; Berlin, Germany). DOI: 10.1115/GT2008-50196

  12. Xie Y., Lu K., Liu L., Xie G. Fluid-Thermal-Structural Coupled Analysis of a Radial Inflow Micro Gas Turbine Using Computational Fluid Dynamics and Computational Solid Mechanics // Mathematical Problems in Engineering. 2014. Special Issue. DOI: 10.1155/2014/640560

  13. Yu B., Ke H., Shen E., Zhang T. A review of blade tip clearance–measuring technologies for gas turbine engines // SAGE Journal. 2020. Vol. 53. No. 3-4, pp. 339-357. DOI: 10.1177/0020294019877514

  14. Плыкин М. FSI-технологии ANSYS // САПР и графика. 2006. № 7. С. 38-39. URL: https://sapr.ru/article/16192

  15. Buelow P.E.O., Venkateswaran S., Merkle C.L. Effect of grid aspect ratio on convergence // AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 12. DOI: 10.2514/3.12306

  16. Щербаков М.А. Определение коэффициентов теплоотдачи при моделировании задач в ANSYS CFX // Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2011. № 7. С. 165–169.

  17. Chapman J.W., Kratz J.L., Guo T.-H., Litt J.S. Integrated Turbine Tip Clearance and Gas Turbine Engine Simulation // 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference (25-27 July 2016; Salt Lake City, UT). DOI: 10.2514/6.2016-5047

  18. Шалин Р. Е. Авиационные материалы. Т. 3. Жаропрочные стали и сплавы. Ч. 1. Деформируемые жаропрочные стали и сплавы: Сплавы на основе тугоплавких металлов. – М.: ВИАМ, 1989. – 566 с.

  19. Bardina J.E., Huang P.G., Coakley T.J. Turbulence Modeling Validation, Testing, and Development. NASA Technical Memorandum 110446, 1997.

  20. Батурин О.В., Колмакова Д.А., Шаблий Л.С. Численное исследование рабочего процесса в ступени центробежного компрессора: Электрон. учеб. пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2013. – 103 с.

  21. Кривцов А.В., Тисарев А.Ю., Шкловец А.О. и др. Сопряжённое моделирование рабочего колеса турбины турбонасосного агрегата ЖРД: Электрон. учеб. пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2013. – 114 с.

  22. Горелов Ю.Г., Строкач Е.А. Анализ закономерностей расчета коэффициента теплоотдачи от газа на входных кромках сопловых лопаток турбин высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 80-85.

  23. Старцев Н.И., Фалалеев С.В. Конструкция узлов авиационных двигателей: компрессор. – Самара: Изд-во СГАУ, 2006. – 112 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024