2 / 7
Сегодня активно развиваются технологии энергосбережения, раз-
рабатывается большое число установок для утилизации сбросной те-
плоты и теплоты из возобновляемых источников (солнечная энергия,
геотермальная и т.д.). Часть таких установок основана на цикле Рен-
кина (Organic Rankine Cycle, ORC), где в качестве рабочего тела при-
меняются различные органические вещества, например фреоны R113,
R245fa. Если в составе установки применяется турбомашина, то не-
обходимо обеспечить ее эффективную работу (создать эффективное
рабочее колесо, направляющий аппарат (НА) и т.д.). Цель настоящей
работы — исследование особенностей применения канального напра-
вляющего аппарата в силовой фреоновой турбине.
Канальные направляющие аппараты (КНА) были разработаны в
ОАО “Криогенмаш” и применяются во всем размерном ряду турбо-
детандеров (с диаметрами колес от 30 до 250 мм), их используют в
ВРУ средней и большой холодопроизводительности. По сравнению с
лопаточными НА они имеют малое число каналов
z
(
z
= 6
. . .
10
),
т.е. увеличенную горловину сопла, позволяют обеспечить малый угол
установки сопла
α
c
(от 6
◦
, оптимальные значения
α
c
от 7
◦
до 9
◦
)
и большую относительную высоту сопла (меньшие потери трения).
Профилировка КНА способствует образованию устойчивого к отрыву
пограничного слоя, что приводит к меньшим потерям при закритиче-
ских режимах течения, чем в лопаточных НА [1].
В ОАО “Криогенмаш” были проведены исследования эффективно-
сти НА такого типа и получены приемлемые значения потерь [1, 2].
Однако все проведенные исследования говорят об успешном исполь-
зовании КНА в криогенной области, а о возможности их применения
в силовых турбинах, работающих на органических веществах, инфор-
мации нет. Для теплоутилизирующих ORC установок характерен боль-
шой перепад давления в расширителе. В случае с турбомашиной весь
перепад стараются реализовать в одной детандерной ступени, что при-
водит к высоким значениям приведенной скорости
λ
1
s
рабочего веще-
ства на выходе из направляющего аппарата. Для криогенных турбин
КНА эффективен при значениях
λ
1
s
до 1,4, но для фреоновой машины
это значение может быть другим.
По сравнению с рабочими веществами низкотемпературных турбо-
детандеров (например, воздухом) фреоны имеют более высокую мо-
лярную массу, плотность, меньшую вязкость и показатель адиабаты
k
(что обеспечивает большие значения чисел Рейнольдса и благоприятно
сказывается на эффективности проточной части), малую скорость изо-
энтропийного расширения
С
s
(что позволяет создавать малоразмер-
ные турбины с частотами вращения, приемлемыми для использования
совместно с высокочастотными электрогенераторами). Использование
фреонов позволяет создавать эффективные силовые малоразмерные
фреоновые турбины.
102 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 1