Особенности течения газа в осевой ступени турбины с регулируемым сопловым аппаратом
Ключевые слова:
турбинная ступень, регулируемый (поворотный) сопловой аппарат, торцевые зазоры в РСА, потери, меры по уплотнению зазоров, эффективность ступени турбины
Аннотация
Способ изменения расхода газа через турбину регулированием (поворотом) лопаток соплового аппарата более 50 лет считается наиболее экономичным. Он широко используется в транспортных ГТУ, агрегатах наддува двигателей внутреннего сгорания. В последнее время в технической литературе появилось много статей о целесообразности применения регулируемых сопловых аппаратов (РСА) в перспективных авиационных двигателях, энергетических установках и турбодетандерных установках систем подготовки и низкотемпературной сепарации природного газа. Во всех случаях применения РСА разработчиков привлекает возможность экономного и надёжного обеспечения переменных режимов работы установок.
Расчетным способом показано, что снижение КПД ступени из-за наличия торцевых зазоров в РСА, связанное с перетеканием потока по торцам сопловой лопатки с вогнутой стороны профиля на спинку и последующим взаимодействием с основным течением через межлопаточный канал, может быть настолько значительным, особенно при малых высотах лопаток, что ведет к нивелированию преимуществ указанногоспособа изменения расхода.
Предложены и исследованы конструктивные меры по «уплотнению» зазоров в виде периферийной и корневой цилиндрических бобышек на торцах профиля, устраняющих перетекания на большей части торцов лопаток и частично экранирующих зазор.
Подтверждено благотворное влияние предложенных мер на потери в РСА и в ступени турбины.
Литература
1. Топунов А.М. Теория судовых турбин. Л.: Судостроение, 1985.
2. Кустарев Ю.С., Костюков А.В. Осевые турбины транспортных ГТД. М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2006.
3. Бродов Ю.М. и др. Метод оценки технического состояния газотурбинных установок с изменяемой геометрией проточной части // Известия ВУЗов. Серия «Проблемы энергетики». 2016. № 3—4. С. 68—76.
4. Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. М.: Недра, 1986.
5. Комаров О.В., Ревзин Б.С., Бродов Ю.М. Эффективность применения регулируемых силовых турбин в газотурбинных установках и двигателях регенеративного и простого циклов // Теплоэнергетика. 2006. № 2. С. 73—77.
6. Емельянов Н.Э., Карышев А.К. Особенности применения регулируемого соплового аппарата в силовой турбине ГТУ // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3—3. С. 48—51.
7. СТО Газпром 2–3.3–1226—2020. Система промысловой подготовки газа. Турбодетандерные агрегаты. Общие технические условия.
8. Fulara Sz., Chmielewski M., Gieras M. Experimental Research of the Small Gas Turbine with Variable Area // Proc. Inst. Mechanical Eng. Pt. G: J. Aerospace Eng. 2019. V. 233. Pp. 5650—5659.
9. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1986.
10. Федотов А.С. Совершенствование проточной части турбинной ступени с регулируемым сопловым аппаратом: автореф. дис. … канд. техн. наук. Харьков: Харьковский политехн. институт им. В.И. Ленина, 1984.
11. Комаров О.В. Исследования и одномерная оптимизация проточной части свободных силовых турбин с регулируемой первой ступенью приводных ГТУ и ГТД: автореф. дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург: Уральский гос. техн. ун-т, 2005.
12. Тарасов В.Н. Разработка рациональных методов проектирования парциально-импульсных турбин: автореф. дис. … доктора техн. наук. СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т гражданской авиации, 2009.
13. Лазарев Л.Я. и др. Исследование характеристик радиально-осевой ступени турбины (РОС) с регулируемым (поворотным) сопловым аппаратом (РСА) турбодетандерного агрегата (ТДА), используемого в системе низкотемпературной сепарации (НТС) природного газа // Компрессорные технологии. 2022. № 6. С. 14—23.
14. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. Кн. 1. М.: Энергоатомиздат, 1993
---
Для цитирования: Лазарев Л.Я., Фадеев В.А. Особенности течения газа в осевой ступени турбины с регулируемым сопловым аппаратом // Вестник МЭИ. 2022. № 5. С. 101—111. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-101-111
#
1. Topunov A.M. Teoriya Sudovykh Turbin. L.: Sudostroenie, 1985. (in Russian).
2. Kustarev Yu.S., Kostyukov A.V. Osevye Turbiny Transportnykh GTD. M.: Izd-vo MGTU «MAMI», 2006. (in Russian).
3. Brodov Yu.M. i dr. Metod Otsenki Tekhnicheskogo Sostoyaniya Gazoturbinnykh Ustanovok s Izmenyaemoy Geometriey Protochnoy Chasti. Izvestiya VUZov. Seriya «Problemy Уnergetiki». 2016;3—4:68—76. (in Russian).
4. Revzin B.S. Gazoturbinnye Gazoperekachivayushchie Agregaty. M.: Nedra, 1986. (in Russian).
5. Komarov O.V., Revzin B.S., Brodov Yu.M. Effektivnost' Primeneniya Reguliruemykh Silovykh Turbin v Gazoturbinnykh Ustanovkakh i Dvigatelyakh Regenerativnogo i Prostogo Tsiklov. Teploenergetika. 2006;2:73—77. (in Russian).
6. Emel'yanov N.E., Karyshev A.K. Osobennosti Primeneniya Reguliruemogo Soplovogo Apparata v Silovoy Turbine GTU. Aktual'nye Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3—3:48—51. (in Russian).
7. STO Gazprom 2–3.3–1226—2020. Sistema Promyslovoy Podgotovki Gaza. Turbodetandernye Agregaty. Obshchie Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).
8. Fulara Sz., Chmielewski M., Gieras M. Experimental Research of the Small Gas Turbine with Variable Area. Proc. Inst. Mechanical Eng. Pt. G: J. Aerospace Eng. 2019;233:5650—5659.
9. Ovsyannikov B.V., Borovskiy B.I. Teoriya i Raschet Agregatov Pitaniya Zhidkostnykh Raketnykh Dvigateley. M.: Mashinostroenie, 1986. (in Russian).
10. Fedotov A.S. Sovershenstvovanie Protochnoy Chasti Turbinnoy Stupeni s Reguliruemym Soplovym Apparatom: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Khar'kov: Khar'kovskiy Politekhn. Institut im. V.I. Lenina, 1984. (in Russian).
11. Komarov O.V. Issledovaniya i Odnomernaya Optimizatsiya Protochnoy Chasti Svobodnykh Silovykh Turbin s Reguliruemoy Pervoy Stupen'yu Privodnykh GTU i GTD: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ekaterinburg: Ural'skiy Gos. Tekhn. Un-t, 2005. (in Russian).
12. Tarasov V.N. Razrabotka Ratsional'nykh Metodov Proektirovaniya Partsial'no-impul'snykh Turbin: Avtoref. Dis. … Doktora Tekhn. Nauk. SPb.: Sankt-Peterburgskiy Gos. Un-t Grazhdanskoy Aviatsii, 2009. (in Russian).
13. Lazarev L.Ya. i dr. Issledovanie Kharakteristik Radial'no-osevoy Stupeni Turbiny (ROS) s Reguliruemym (Povorotnym) Soplovym Apparatom (RSA) Turbodetandernogo Agregata (TDA), Ispol'zuemogo v Sisteme Nizkotemperaturnoy Separatsii (NTS) Prirodnogo Gaza. Kompressornye Tekhnologii. 2022;6:14—23. (in Russian).
14. Shcheglyaev A.V. Parovye Turbiny. Teoriya Teplovogo Protsessa i Konstruktsii Turbin. Kn. 1. M.: Energoatomizdat, 1993. (in Russian)
---
For citation: Lazarev L.Ya., Fadeev V.A. Features of Gas Flow in the Axial Stage of a Turbine with an Adjustable Nozzle Vane Assembly. Bulletin of MPEI. 2022;5:101—111. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-101-111
2. Кустарев Ю.С., Костюков А.В. Осевые турбины транспортных ГТД. М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2006.
3. Бродов Ю.М. и др. Метод оценки технического состояния газотурбинных установок с изменяемой геометрией проточной части // Известия ВУЗов. Серия «Проблемы энергетики». 2016. № 3—4. С. 68—76.
4. Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. М.: Недра, 1986.
5. Комаров О.В., Ревзин Б.С., Бродов Ю.М. Эффективность применения регулируемых силовых турбин в газотурбинных установках и двигателях регенеративного и простого циклов // Теплоэнергетика. 2006. № 2. С. 73—77.
6. Емельянов Н.Э., Карышев А.К. Особенности применения регулируемого соплового аппарата в силовой турбине ГТУ // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3—3. С. 48—51.
7. СТО Газпром 2–3.3–1226—2020. Система промысловой подготовки газа. Турбодетандерные агрегаты. Общие технические условия.
8. Fulara Sz., Chmielewski M., Gieras M. Experimental Research of the Small Gas Turbine with Variable Area // Proc. Inst. Mechanical Eng. Pt. G: J. Aerospace Eng. 2019. V. 233. Pp. 5650—5659.
9. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1986.
10. Федотов А.С. Совершенствование проточной части турбинной ступени с регулируемым сопловым аппаратом: автореф. дис. … канд. техн. наук. Харьков: Харьковский политехн. институт им. В.И. Ленина, 1984.
11. Комаров О.В. Исследования и одномерная оптимизация проточной части свободных силовых турбин с регулируемой первой ступенью приводных ГТУ и ГТД: автореф. дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург: Уральский гос. техн. ун-т, 2005.
12. Тарасов В.Н. Разработка рациональных методов проектирования парциально-импульсных турбин: автореф. дис. … доктора техн. наук. СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т гражданской авиации, 2009.
13. Лазарев Л.Я. и др. Исследование характеристик радиально-осевой ступени турбины (РОС) с регулируемым (поворотным) сопловым аппаратом (РСА) турбодетандерного агрегата (ТДА), используемого в системе низкотемпературной сепарации (НТС) природного газа // Компрессорные технологии. 2022. № 6. С. 14—23.
14. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. Кн. 1. М.: Энергоатомиздат, 1993
---
Для цитирования: Лазарев Л.Я., Фадеев В.А. Особенности течения газа в осевой ступени турбины с регулируемым сопловым аппаратом // Вестник МЭИ. 2022. № 5. С. 101—111. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-101-111
#
1. Topunov A.M. Teoriya Sudovykh Turbin. L.: Sudostroenie, 1985. (in Russian).
2. Kustarev Yu.S., Kostyukov A.V. Osevye Turbiny Transportnykh GTD. M.: Izd-vo MGTU «MAMI», 2006. (in Russian).
3. Brodov Yu.M. i dr. Metod Otsenki Tekhnicheskogo Sostoyaniya Gazoturbinnykh Ustanovok s Izmenyaemoy Geometriey Protochnoy Chasti. Izvestiya VUZov. Seriya «Problemy Уnergetiki». 2016;3—4:68—76. (in Russian).
4. Revzin B.S. Gazoturbinnye Gazoperekachivayushchie Agregaty. M.: Nedra, 1986. (in Russian).
5. Komarov O.V., Revzin B.S., Brodov Yu.M. Effektivnost' Primeneniya Reguliruemykh Silovykh Turbin v Gazoturbinnykh Ustanovkakh i Dvigatelyakh Regenerativnogo i Prostogo Tsiklov. Teploenergetika. 2006;2:73—77. (in Russian).
6. Emel'yanov N.E., Karyshev A.K. Osobennosti Primeneniya Reguliruemogo Soplovogo Apparata v Silovoy Turbine GTU. Aktual'nye Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3—3:48—51. (in Russian).
7. STO Gazprom 2–3.3–1226—2020. Sistema Promyslovoy Podgotovki Gaza. Turbodetandernye Agregaty. Obshchie Tekhnicheskie Usloviya. (in Russian).
8. Fulara Sz., Chmielewski M., Gieras M. Experimental Research of the Small Gas Turbine with Variable Area. Proc. Inst. Mechanical Eng. Pt. G: J. Aerospace Eng. 2019;233:5650—5659.
9. Ovsyannikov B.V., Borovskiy B.I. Teoriya i Raschet Agregatov Pitaniya Zhidkostnykh Raketnykh Dvigateley. M.: Mashinostroenie, 1986. (in Russian).
10. Fedotov A.S. Sovershenstvovanie Protochnoy Chasti Turbinnoy Stupeni s Reguliruemym Soplovym Apparatom: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Khar'kov: Khar'kovskiy Politekhn. Institut im. V.I. Lenina, 1984. (in Russian).
11. Komarov O.V. Issledovaniya i Odnomernaya Optimizatsiya Protochnoy Chasti Svobodnykh Silovykh Turbin s Reguliruemoy Pervoy Stupen'yu Privodnykh GTU i GTD: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ekaterinburg: Ural'skiy Gos. Tekhn. Un-t, 2005. (in Russian).
12. Tarasov V.N. Razrabotka Ratsional'nykh Metodov Proektirovaniya Partsial'no-impul'snykh Turbin: Avtoref. Dis. … Doktora Tekhn. Nauk. SPb.: Sankt-Peterburgskiy Gos. Un-t Grazhdanskoy Aviatsii, 2009. (in Russian).
13. Lazarev L.Ya. i dr. Issledovanie Kharakteristik Radial'no-osevoy Stupeni Turbiny (ROS) s Reguliruemym (Povorotnym) Soplovym Apparatom (RSA) Turbodetandernogo Agregata (TDA), Ispol'zuemogo v Sisteme Nizkotemperaturnoy Separatsii (NTS) Prirodnogo Gaza. Kompressornye Tekhnologii. 2022;6:14—23. (in Russian).
14. Shcheglyaev A.V. Parovye Turbiny. Teoriya Teplovogo Protsessa i Konstruktsii Turbin. Kn. 1. M.: Energoatomizdat, 1993. (in Russian)
---
For citation: Lazarev L.Ya., Fadeev V.A. Features of Gas Flow in the Axial Stage of a Turbine with an Adjustable Nozzle Vane Assembly. Bulletin of MPEI. 2022;5:101—111. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-5-101-111
Опубликован
2022-09-29
Выпуск
Раздел
Турбомашины и поршневые двигатели (технические науки) (2.4.7)
