Методика выбора основных параметров осевой турбины для привода агрегата на этапе начального проектирования

Аннотация

Приведена методика выбора основных параметров осевых малоразмерных турбин для привода маломощных агрегатов на начальном этапе проектирования. Выбраны число ступеней и значения нагруженности турбины, высоты и степени парциальности неподвижных лопаточных венцов, угла выхода потока из соплового аппарата, верхней и нижней перекрыши в ступени, определяющие облик турбины, геометрические параметры и энергетическую эффективность. При разработке методики учтены особенности рабочего процесса турбин рассматриваемого класса: практически нулевая степень реактивности, экстремально низкие высоты лопаток, парциальность подвода рабочего тела, раскрытие струи газа в меридиональной плоскости на выходе из лопаточных венцов. Реализация методики позволяет сделать рациональный выбор принципиальной схемы турбины, определить ее конфигурацию в меридиональном сечении и основные геометрические параметры решеток профилей, а также найти значения основных энергетических и газодинамических параметров. Созданная методика апробирована при проектировании двухступенчатой агрегатной турбины двух вариантов. В результате анализа получено, что применение для упрощения изготовления постоянных по высоте сечений лопаток уменьшает КПД турбины не более чем на 0,4 %

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки Россиив рамках государственного задания (проект № FSSS-2024-0015 "Изучение закономерностей рабочих процессов нагнетательных машин на базе сопряженных математических моделей")

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Матвеев В.Н., Щербань А.И., Попов Г.М. и др. Методика выбора основных параметров осевой турбины для привода агрегата на этапе начального проектирования. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 2 (157), c. 28--48. EDN: CCSRPA

Литература

[1] Быков Н.Н., Емин О.Н. Выбор параметров и расчет маломощных турбин для привода агрегатов. М., Машиностроение, 1972.

[2] Емин О.Н., Зарицкий С.П. Воздушные и газовые турбины с одиночными соплами. М., Машиностроение, 1975.

[3] Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. М., Машиностроение, 1979.

[4] Митрохин В.Т. Выбор параметров и расчет центростремительной турбины на стационарных и переходных режимах. М., Машиностроение, 1974.

[5] Фершалов Ю.Я., Коршунов В.Н., Цыганкова Л.П. Направление совершенствования микротурбин. Сб. тез. Междунар. науч.-техн. конф. по авиационным двигателям ICAM 2020. М., АО ОДК, 2021, с. 420--423. EDN: KEAABP

[6] Ибрагимов Д., Ильинский Ю.Ю., Мороз И.В. и др. Влияние режимных факторов на энергетическую эффективность судовых осевых парциальных микротурбин. Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета, 2021, № 2, с. 13--20. DOI: https://doi.org/10.24866/2227-6858/2021-2-2

[7] Мусаткин Н.Ф. Исследование влияния основных соотношений конструктивных размеров тракта на экономичность осевых воздушных микротурбин для привода агрегатов. Дис. ... канд. техн. наук. Куйбышев, КуАИ, 1978.

[8] Мусаткин Н.Ф., Тихонов Н.Т. Влияние верхней и нижней перекрыш на КПД парциальной осевой воздушной микротурбины. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 1979, № 3, с. 106--108.

[9] Крылов Б.А., Гусаров С.А. Расчетно-экспериментальное исследование потерь от радиального зазора в осевых малоразмерных турбинах. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 1988, № 4, с. 64--68.

[10] Крылов Б.А., Гусаров С.А. Влияние радиального зазора на эффективность парциальной микротурбины. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 1989, № 3, с. 96--98.

[11] Пфайфле Э.Э. Экспериментальное исследование геометрических, режимных параметров и методика расчета осевых микротурбин авиационных агрегатов и технологических устройств. Дис. ... канд. техн. наук. Самара, САИ, 1991.

[12] Матвеев В.Н. Особенности метода проектного расчета многорежимных центростремительных микротурбинных приводов. Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском регионе. Тез. докл. объединенной междунар. науч.- техн. конф. Самара, Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 1999, с. 72--74.

[13] Мусаткин Н.Ф., Радько В.М. К вопросу распределения теплоперепада в двухступенчатых осевых малоразмерных турбинах со ступенями давления. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2003, № 3, с. 40--42. EDN: FLWTKP

[14] Мусаткин Н.Ф., Радько В.М. Влияние параметров парциального подвода рабочего тела на КПД многоступенчатых осевых малоразмерных турбин. Авиационно-космическая техника и технология, 2006, № 7, с. 81--86. EDN: XDJGW

[15] Матвеев В.Н., Мусаткин Н.Ф., Тихонов Н.Т. Экспериментальное определение влияния фактора масштабности на КПД микротурбин. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 1997, № 2, с. 65--69. EDN: TIGSXZ

[16] 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. EDN: WBKXNP

[17] 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. EDN: QCAWIV

[18] Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М., Энергия, 1974.

[19] Фиголь М.Е. Правомочность использования численных методов для исследования КПД осевых парциальных микротурбин. IX Всерос. науч.-практ. конф. "Инженерное дело на Дальнем Востоке России". Владивосток, ДВФУ, 2024, с. 170--173. EDN: AOAVTA

[20] 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 Stud. Therm. Eng., 2024, vol. 53, art. 103824. DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2023.103824

[21] Мухаметзянов И.Ф., Баранов А.С. Обоснование и выбор режимных факторов для исследования эффективности микротурбин. IX Всерос. науч.-практ. конф. "Инженерное дело на Дальнем Востоке России". Владивосток, ДВФУ, 2024, с. 114--123. EDN: BXHPKY

[22] Фершалов А.Ю., Фершалов Ю.Я., Фершалов М.Ю. Эффективность малогабаритных турбинных ступеней с малыми углами выхода сопел. Морские интеллектуальные технологии, 2018, т. 1, № 1 (39), с. 57--62.