Метод выбора и оценки параметров агрегатных трехступенчатых осевых турбин на начальном этапе проектирования

Авторы

Матвеев В. Н.^*, Щербань А. И.^**, Попов Г. М.^***, Батурин О. В.^****, Нгуен Т. Б.^*****

Самарский университет, Московское шоссе, д. 34, г. Самара, Россия

*e-mail: matveev.vn@ssau.ru
**e-mail: korneeva.ai@ssau.ru
***e-mail: popov@ssau.ru
****e-mail: oleg_baturin@ssau.ru✉
*****e-mail: atskyfall81027010@gmail.com

Аннотация

Разработан метод выбора и оценки параметров агрегатных турбин, предназначенный для применения на начальном этапе проектирования трехступенчатых осевых турбин. Он позволяет выбирать рациональное значение отношения Uср/Csт с учетом ограничения по диаметральным габаритам. Его особенностью является алгоритм итерационного определения оптимальных значений степени парциальности, относительной высоты лопаток и угла потока на выходе из соплового аппарата. На основании этих параметров осуществляется оценка мощностного КПД. При опробовании разработанного метода в процессе выбора параметров трехступенчатой турбины мощностью 450 кВт при частоте вращения 43000 мин–1 и степени понижения давления 10,5 значение мощностного КПД составило 52%.

Ключевые слова:

агрегатная трехступенчатая турбина, оптимальная степень парциальности, высота лопаток, углы потока, оценка параметров турбины, мощностной КПД

Список источников

1. Быков Н.Н., Емин О.Н. Выбор параметров и расчет маломощных турбин для привода агрегатов. М.: Машиностроение, 1972. 228 с.
2. Тихонов Н.Т., Трофимов А.А., Матвеев В.Н. Влияние густоты решетки соплового аппарата на экономичность центростремительной микротурбины с полным впуском // Известия вузов. Авиационная техника. 1984. № 3. С. 56-59.
3. Матвеев В.Н., Тихонов Н.Т., Сивиркин Д.В. Влияние густоты рабочей решетки на экономичность центростремительных микротурбин с полным подводом рабочего тела // Известия вузов. Авиационная техника. 1998. № 3. С. 63–66.
4. Матвеев В.Н., Мусаткин Н.Ф. Совместное влияние эффективного угла и величины горла на эффективность соплового аппарата центростремительной микротурбины // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей: Сб. науч. тр. Куйбышев: КуАИ, 1992. С. 80-84.
5. Арестов О.В., Цыганкова Л.П., Глушко Е.В. и др. Эффективность рабочих колес газовых осевых малоразмерных турбин // Морские интеллектуальные технологии. 2023. Т. 1. № 2. С. 99-103. DOI: 10.37220/MIT.2023.60.2.012
6. Ибрагимов Д.И., Поршкевич В.В., Камаев Н.А. и др. Эффективность воздушных микротурбин с углами выхода сопел меньше 9 градусов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2017. № 46/47. С. 92–97.
7. Арестов О.В., Цыганкова Л.П., Глушко Е.В. и др. Коэффициент скорости сопловых аппаратов газовых осевых микротурбин // Морские интеллектуальные технологии. 2023. № 2-1(60). С. 80-84. DOI: 10.37220/MIT.2023.60.2.009
8. Мусаткин Н.Ф., Тихонов Н.Т. Влияние верхней и нижней перекрыш на кпд парциальной осевой воздушной микротурбины // Известия вузов. Авиационная техника. 1979. № 3. С. 106 108.
9. Тихонов Н.Т., Матвеев В.Н. Экспериментальное исследование влияния величин верхней и нижней перекрыш на экономичность радиальных центростремительных микротурбин с закрытым рабочим колесом // Известия вузов. Авиационная техника. 1987. № 4. С. 92-94.
10. Крылов Б.А., Гусаров С.А. Расчетно-экспериментальное исследование потерь от радиального зазора в осевых малоразмерных турбинах // Известия вузов. Авиационная техника. 1988. № 4. С. 64-68. 
11. Крылов Б.А., Митин С.П., Барыкин И.Ю. Экспериментальные исследования, анализ и уточнение формул расчета потерь КПД турбин с бандажом при парциальном подводе // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т.19. №5. С. 98-102.
12. Крылов Б.А., Барыкин И.Ю. Влияние наличия или отсутствия бандажа на рабочем колесе ступени осевой турбины при полном подводе на геометрию турбины и потери, КПД // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 2. С. 121-131. 
13. Ибрагимов Д.И., Юртаев А.А., Камаев Н.А. и др. Одно из направлений совершенствования судовых осевых микротурбин // Морские интеллектуальные технологии. 2024. № 3-1(65). С. 107-112. DOI: 10.37220/MIT.2024.65.3.029
14. Харитонова А.А., Щербань А.И. Влияние учета геометрии входной области на характеристики соплового аппарата осевой турбины // XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых): Сборник трудов Международной молодежной научной конференции (10–11 ноября 2021; Казань). Казань: Изд-во ИП Сагиева А.Р., 2021. Т. 2. С. 129-135. 
15. Харитонова А.А., Щербань А.И., Зубанов В.М. Влияние геометрии выходной области осевой малоразмерной турбины на ее характеристики // Решетневские чтения XXVI: Сборник трудов Международной научно-практической конференции (9-11 ноября 2022; Красноярск). Красноярск: СибГУ, 2022. Ч. 1. С. 208 210.
16. Фершалов Ю.Я., Коршунов В.Н., Цыганкова Л.П. Направление совершенствования микротурбин // Международная научно-техническая конференция по авиационным двигателям ICAM (18–21 мая 2021; Москва).: Сборник тезисов М.: Изд-во ЦИАМ, 2021. Т. 1. С. 420–423.
17. Peng N., Wang E., Wang W., et al. Aerodynamic analysis of a 1.5 kW two-stage counter-rotating partial-admission impulse turbine for small-scale power system with a high expansion pressure ratio // Case Studies in Thermal Engineering. 2024. Vol. 53: 103824. DOI: 10.1016/j.csite.2023.103824
18. Калабухов Д.С. Исследование особенностей рабочего процесса в турбине сверхмалой мощности с диагональным рабочим колесом // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 2. С. 71-79.
19. Юртаев А.А., Фершалов А.Ю., Фершалов Ю.Я. и др. Оптимизация энергетической эффективности ступеней осевой микротурбины с частичной интеграцией рабочего колеса в сопловой аппарат // Морские интеллектуальные технологии. 2019. №3–3(45). С. 59-63.
20. Popov G., Baturin O., Zubanov V., et al.  Optimization of a single-stage air starter turbine // 10th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies, Technologies and Applications (8-10 July 2020; Lieusaint - Paris, France). Vol. 1, pp. 155-162. DOI: 10.5220/0009769501550162
21. Kupka D., Koloničný J., Pejchal J. Development of an axial impulse turbine for a small-scale ORC system // Results in Engineering. 2025. Vol. 25: 103994. DOI: 10.1016/j.rineng.2025.103994
22. Венедиктов В.Д., Грановский А.В., Карелин А.М. и др. Атлас экспериментальных характеристик плоских решеток охлаждаемых газовых турбин. М.: ЦИАМ, 1990. 393 с.