Комбінований метод аеродинамічної оптимізації ступеня осьової турбіни

Abstract

Дисертація присвячена розробці комбінованого методу аеродінамічної оптимізації ступеня осьової турбіни, який ґрунтуючись на почерговому вирішенні одновимірної та тривимірної задач, дозволяє значно підвищити ефективність всього ступеня враховуючи як характер течії робочого тіла в решітках, так і вплив на неї витоки. На підставі сучасної тенденцій до використання методів чисельної аеродинаміки (CFD) при оптимізації проточних частин осьових турбін і при цьому задіяючи якомога більшу кількість управляючих параметрів в оптимізаційному процесі, запропонований комбінований метод оптимізації. Запропонований метод використовує одновимірну та тривимірну оптимізації, що дозволяє істотно підвищувати аеродинамічну ефективність ступенів, при цьому значно заощаджуючи час, необхідний для проведення розрахунків. При розробці методу оптимізації достовірність застосування методів CFD підтверджена шляхом триетапного порівняння результатів розрахунків з результатами експериментальних досліджень. Для отримання більш точних даних кількості витоки робочого тіла в радіальний зазор при проведенні етапу одновимірної оптимізації, розроблена методика для визначення коефіцієнта витрати вісерадіального ущільнення в залежності від його геометричних і режимних характеристик, а також з урахуванням зсуву ротора відносно статора від теплового розширення. Дана методика розроблялася шляхом проведення серії CFD розрахунків. Додатково проведено CFD дослідження для порівняння вісерадіальних ущільнень з прямоточними та виявлення нових ефективних конструкцій ущільнень, яке показало, що шляхом створення штучної шорсткості на валу прямоточного ущільнення можна зменшити витрату через нього на 45 % в порівнянні з вісерадіальними ущільненнями. За допомогою запропонованого методу оптимізації та методики розрахунку витоки в вісерадіальному ущільненні виконана оптимізація 3-го ступеня ЦВТ турбіни К-540-23,5. Результати проведених розрахунків показали, що абсолютний ККД нового ступеня збільшився більш ніж на 1 %.