Введение к работе
Актуальность тзаботы. Развитие теории и проектирования турбин, в частности судовых, в настоящее время идет по пути поиска новых способов и конструктивных решений повышения экономичности, выбора параметров с учетом спектра режимов, получения всесторонних обобщений характеристик турбин и гее ступеней с целью создания и совершенствования отдельных подсистем САПР.
Объекта! исследования настоящей работы являются турбины со ступенями скорости. Ступени скорости находят широкое применение в турбиностроении: от регулировочных колес мощных стационарных, тракспортных и судовых турбин и турбогенераторов до турбоприводов различных вспомогательных механизмов. Необходимость повышения мощности при сокращении массо-габаритных характеристик приводит к срабатыванию в этих ступенях высоких перепадов энтальпий, соответствующих сверхзвуковым скоростям. Требование повышения экономичности и выбора рациональных параметров сверхзвуковых ступеней скорости приводит к целесообразности их проектирования с учетом работы на переменных режимах.
Изменение режимов работы различных ступеней турбины при долевых нагрузках обусловлено способом регулирования мощности турбины.При этом для расчета экономичности ступеней скорости на переменных режимах необходимо знениз зависимостей КПД от скоростной характеристики U/^Щ в широком диапазоне изменения определяемого соотношением давлений перепада энтальпий Hs и окружной скорости U . Указанные режимы'могут занимать значительную долю общего времени эксплуатации.установки, а в ряде случаев являются нормальными эксплуатационными.
В связи со сложностью и малоиэученнесгыо долевых режимов методика расчета ступени скорости при регулировании мощности должна базироваться на экспериментальных данных. Поэтому задача исследования, анализа и обобщения характеристик ступеней скорости в широком диапазоне режи-
ыов является актуальной.
Цель -работы; разработка методики определения КПД ступеней скорости на долевых режимах на базе экспериментального исследования и обобщения их характеристик, а также выявление путей повдаенкя экономичности работы ступеней и всей турбины в целом на переменных режимах.
Основные задачи;
исследовать работу ступеней скорости с различными сопло-вши аппаратами во всем возможном диапазоне режимов от вентиляции на обратном вращении и контргаза до режимов торможения и вентиляции на. прямом вращении ротора; получить количественные характеристики работы ступени скорости при сопловом регулировании с широком диапазоне^ режимов;
выявить возможности повышения экономичности работы ступеней скорости на переменных режимах (включая режимы вентиляции) ;
разработать принципы обобщения характеристик двухвенеч-ных ступеней скорости в диапазоне режимов от- вентиляции на обратном вращении до вентиляции на прямом вращении и получить обобщающие зависимости характеристик ступеней и на их базе методику определения КПД на переменных рехшмах.
Научную новизну представляют:
результаты исследования параметров работы колес со ступенями скорости в диапазоне от вентиляции на обратном вращении и контргаоа до режимов торможения и вентиляции на прямом вращении ротора, в том числе и при сопловом регулировании; выявленные особенности характеристик сверхзвуковых ступеней скорости с суживааце-расширяющииися соплами на переменных режимах;:
предложенные конструктивные элементы, повышающие экономичность работы турбины;
раэрабоганшэ статистические обобщения по максимальному КЕЩ и соответствующей ему. скоростной характеристике для одной и двух ступеней скорости в зависимости от суммарной степени реактивности и обобщение по характеристике холостого хода сверхзвуковых двухвенечных ступеней скорости с частичным впуском в зависимости от перепада давлений на сопловой аппарат;
- полученные влпроксимирущие зависимости КЦЦ ступеней скорости в широком диапазоне изменения скоростной характеристики {созданная полуэмпирическая методика определения КОД ступени скорости на переменных режимах.
Практическая ценность. Выполненные исследования и обобщения показывают возможность повышения экономичности турбин со ступенями скорости путем их проектирования с учетом работы на переменных режимах, создания рациональных програш регулирования и использования предложенных конструктивных усовершенствований.
Реализация в промышленности. Материалы диссертационной работы используются на турбостроительных предприятиях при расчете режимов работы ступеней скорости турбин и в учебном процессе.
Личный вклад автора определяется учаптиек в постановке задачи, выполнением обзора литературы по теме диссертации, разработкой проектно-консгрукторской документации на элементы экспериментальной установки, подготовкой и -проведением экспериментальных исследований, обработкой и анализом опытных данных, получением обобщающих зависимостей для максимального КПД и соответствующей ему скоростной характеристике и для характеристики холостого хода, разработкой методики расчета ступеней скорости при регулировании а широком диапазоне режимов.
Апробация. Результаты работы докладывались на семинаре ВНТО им. А.Н.Крылова (Ленинград, 1986г.) , республиканской конференции " Математическое моделирование процессов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок е системах их автоматизирозанного проектирования" (р.Харьков, 1988г.), Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы технического прогресса судовых турбинных установок" (г.Ленинград, 1989), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛКН ( 1988, 1990гг), на турбостроительных предприятиях и на кафедро СТ и ТУ ЛКИ.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 статьях, I методических указаниях к лабораторным работал, Z тезизах докладов и в отчетах по НИР. Получено I авторское свидетельство и I положительное
решение ВНИИП13 по заявкам на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка основной использованной литературы из 89 наименований, содержит 116 страниц, 41 рисунок, 4 таблицы.
