Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

420

3D-ìîäåëèðîâàíèå âÿçêîãî ïîòîêà

3D-ìîäåëèðîâàíèå âÿçêîãî ïîòîêà ñ èñïîëüçî-

âàíèåì óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà ïîçâîëÿåò ñðàçó ðå-

øèòü îñíîâíûå çàäà÷è àíàëèçà ãåîìåòðèè ïðîòî÷íîé

÷àñòè äëÿ ìíîãîñòóïåí÷àòîé òóðáèíû: íàéòè ðàñïðå-

äåëåíèå ñêîðîñòåé äëÿ îñíîâíûõ ñå÷åíèé êàæäîãî

âåíöà, ïîòåðè ýíåðãèè â êàæäîì âåíöå è

ãðàíè÷íûå

óñëîâèÿ äëÿ êàæäîãî âåíöà. Ðàñ÷åò ìíîãîñòóïåí-

÷àòîé òóðáèíû â ïîëíîé ïîñòàíîâêå ïîçâîëÿåò àâ-

òîìàòè÷åñêè îïðåäåëÿòü ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ

êàæäîãî âåíöà.

Îäíàêî òàêèå ðàñ÷åòû – ïî êðàéíåé ìåðå

â íà-

ñòîÿùåå âðåìÿ - î÷åíü òðóäîåìêè è çàòðàòíû ïî

âðåìåíè. Êðîìå òîãî, î÷åíü òðóäíî íàéòè ñðåäè

ïðåäëàãàåìûõ íà ðûíêå êîììåð÷åñêèõ ïàêåòîâ

ìîäåëü, óäîâëåòâîðÿþùóþ ãëàâíûì òðåáîâàíèÿì

– äîñòîâåðíîñòè â ðàñ÷åòå ïîòåðü ýíåðãèè â êàæ-

äîì âåíöå è â ðàñ÷åòå ðàñïðåäåëåíèÿ ñòàòè÷åñêîãî

äàâëåíèÿ â îñåâûõ çàçîðàõ (ðàñïðåäåëåíèÿ ðàáîòû

è ðåàêòèâíîñòè) äëÿ ìíîãîñòóïåí÷àòîé òóðáèíû.

Ïîýòîìó 3D-ìîäåëè Íàâüå-Ñòîêñà îáû÷íî

èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïîòåðü ýíåðãèè

â êàæäîì âåíöå â îòäåëüíîñòè – â îñíîâíîì äëÿ

ñðàâíèòåëüíîãî àíàëèçà ïîòåðü (ò.å. ñðàâíåíèÿ ðàç-

íûõ âàðèàíòîâ âåíöîâ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè). Êðî-

ìå òîãî, ïðè ýòîì âîçìîæåí àíàëèç õàðàêòåðèñòèê

òå÷åíèÿ â âåíöå íà âåëè÷èíó çîí âòîðè÷íûõ òå÷å-

íèé (îñîáåííî ïðè ìåðèäèîíàëüíîì ðàñêðûòèè

ïðîòî÷íîé ÷àñòè), çîíû îòðûâíûõ ÿâëåíèé è ïàðà-

çèòíûõ òå÷åíèé. Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ àíàëèçà

âåíöà ìîãóò áûòü âçÿòû èç ìîäåëèðîâàíèÿ ìíîãî-

ñòóïåí÷àòîé òóðáèíû ïî 3D-Ýéëåðó.

Îäíàêî çàäà÷à èäåíòèôèêàöèè äëÿ ìîäåëåé

3D-Íàâüå-Ñòîêñà åùå áîëåå âàæíà. Òàêàÿ èäåí-

òèôèêàöèÿ íåîáõîäèìà õîòÿ áû ïî ðåçóëüòàòàì

ïðîäóâîê ïðÿìûõ ëîïàòî÷íûõ ðåøåòîê, âî âðåìÿ

êîòîðûõ èçìåðÿþòñÿ êàê ïðîôèëüíûå,

òàê è âòî-

ðè÷íûå ïîòåðè. Òåñòèðîâàíèå îäíîé èç ìîäåëåé

3D-Íàâüå-Ñòîêñà ïîêàçàëî õîðîøåå ñîâïàäåíèå

îáùåãî óðîâíÿ ïîòåðü â âåíöå, îäíàêî ïðè ýòîì

ïðîôèëüíûå ïîòåðè áûëè ïåðåîöåíåíû íà 20-30%,

à âòîðè÷íûå – íåäîîöåíåíû áîëåå ÷åì â äâà ðàçà.

Ðàçóìååòñÿ, ïðîãíîçíûå âîçìîæíîñòè òàêîãî ìî-

äåëèðîâàíèÿ âåñüìà íåâåëèêè.

Íàðÿäó ñ îáùåé îöåíêîé ïîòåðü, 3D-Íàâüå-

Ñòîêñ ïîçâîëÿåò îöåíèòü õàðàêòåð òå÷åíèÿ ïîòîêà

– íàïðèìåð, âûÿâèòü îáëàñòè îòðûâà èëè ïàðàçèò-

íûõ òå÷åíèé.

Íà Ðèñ. 8.2.5_3 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷å-

òà òå÷åíèÿ â ñîïëîâîì àïïàðàòå ìíîãîñòóïåí÷àòîé

ñèëîâîé òóðáèíû ïî 3D-Íàâüå-Ñòîêñó. Ïî ïðèñòå-

íî÷íûì ëèíèÿì òîêà õîðîøî âèäíû çîíû âòîðè÷-

íûõ òå÷åíèé íà êîðûòå è ñïèíêå ëîïàòêè, à òàêæå

çîíà ïàðàçèòíîãî âåðòèêàëüíîãî òå÷åíèÿ íà êîðû-

òå ëîïàòêè.

Ðèñóíîê 8.2.5_3 – Ðåçóëüòàò ðàñ÷åòíîãî àíàëèçà òå÷åíèÿ ïî 3D-Íàâüå-Ñòîêñó â ñîïëîâîì âåíöå ñèëîâîé

òóðáèíû. Ëèíèè òîêà â ïðèëåãàþùèõ ê ïîâåðõíîñòè ëîïàòêè îáëàñòÿõ òå÷åíèÿ ãàçà

â ñîïëîâîé ëîïàòêå ïîêàçûâàþò çîíû âòîðè÷íûõ è ïàðàçèòíûõ òå÷åíèé

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

421

Íåñìîòðÿ íà ïðåäîñòàâëÿåìûå ÷èñëåííûì

àíàëèçîì âîçìîæíîñòè äëÿ àíàëèçà, ïî-ïðåæíåìó

îñòàþòñÿ ïðîáëåìû ïðàâèëüíîãî èñòîëêîâàíèÿ ðå-

çóëüòàòîâ è îïðåäåëåíèÿ ïóòåé äëÿ óëó÷øåíèÿ ýô-

ôåêòèâíîñòè.

Ïî ýòîìó ïîâîäó ìîæíî ïðèâåñòè ñëîâà îä-

íîãî èç îñíîâîïîëîæíèêîâ ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ

àíàëèçà ïîòîêà Äæîíà Äåíòîíà [8.2.11.22]: «Òàê êàê

ðàñ÷åò ïîòåðü ìåòîäàìè âû÷èñëèòåëüíîé ãàçîâîé

äèíàìèêè (CFD) îñòàåòñÿ íåòî÷íûì, èíòåðïðåòà-

öèÿ ðåçóëüòàòîâ èõ ïðèìåíåíèÿ òðåáóåò çíà÷èòåëü-

íîãî óìåíèÿ è îïûòà. Õîðîøåå ïîíèìàíèå ôèçèêè

ïîòîêà è ñïîñîáíîñòü âûíîñèòü âåðíîå çàêëþ÷åíèå

î òîì, äåéñòâèòåëüíî ëè èìååò ìåñòî óëó÷øåíèå,

îñòàþòñÿ î÷åíü âàæíûìè. Åñòü ìíîãî ñîîáùåíèé

î ïðèìåðàõ óñïåøíîãî ïðèìåíåíèÿ CFD, íî ñòîëü

æå ìíîãî íåóäà÷, î êîòîðûõ íå ñîîáùàåòñÿ».

8.2.6 - Ñèíòåç ãåîìåòðèè

ïðîôèëåé è ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ

Çàäà÷à ïðîåêòèðîâàíèÿ ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ ôàê-

òè÷åñêè ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà äâà ýòàïà – ïðîåêòèðîâà-

íèå áàçîâûõ ñå÷åíèé êàæäîãî âåíöà (íå ìåíåå òðåõ –

êîðíåâîå, ñðåäíåå è âåðõíåå) è ïðîåêòèðîâàíèå ëî-

ïàòî÷íîãî âåíöà íà îñíîâå ïîëó÷åííûõ

ñå÷åíèé.

Ðàçðàáîòàíî äîñòàòî÷íî ìíîãî ìåòîäîâ ïîñò-

ðîåíèÿ ïðîôèëåé òóðáèííûõ ëîïàòîê. äëÿ ïîñòðî-

åíèÿ êðèâûõ, ñëóæàùèõ âûïóêëîé ÷àñòüþ (ñïèí-

êîé) è âîãíóòîé (êîðûòîì) ïðîôèëÿ ïðèìåíÿþòñÿ

ïîëèíîìû 4 è 5 ñòåïåíåé, èñïîëüçóåòñÿ òàê íàçû-

âàåìûé ìåòîä «äîìèíèðóþùåé êðèâèçíû» è äðó-

ãèå. Î

äíîé èç íàèáîëåå ïîïóëÿðíûõ ìàòåìàòè÷åñ-

êèõ îñíîâ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ïðîôèëÿ òóðáèííîé

Ðèñóíîê 8.2.6_1 – Îñíîâíûå ãåîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, íåîáõîäèìûå äëÿ ïîñòðîåíèÿ ðåøåòêè

òóðáèííûõ ïðîôèëåé (ïåðâûé óðîâåíü ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ)

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

422

ëîïàòêè ÿâëÿþòñÿ êðèâûå Áåçüå. Â ðàáîòå [8.2.11.23]

ïðåäñòàâëåíî äîñòàòî÷íî äåòàëüíîå îïèñàíèå ìå-

òîäîëîãèè ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ íà îñíîâå êðè-

âûõ Áåçüå.

Ìåòîä àíàëèòè÷åñêîãî ïðîôèëèðîâàíèÿ áàçî-

âûõ ñå÷åíèé îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ïàðàìåò-

ðè÷åñêèõ êðèâûõ ïÿòîé ñòåïåíè â ôîðìå Áåçüå-

Áåðíøòåéíà [8.2.11.24] âèäà:

r(u) = r0(1 - u)

+ 5r1u(1 - u)

+ 10r2u

(1 - u)

+ 10r3u

(1 - u)

+ 5r4u

(1 - u) + r5u

ãäå u – ïàðàìåòð (u = [0;1]);

r0, r1, r2, r3, r4, r5 – âåêòîðû óçëîâ îáðàçó-

þùåãî ìíîãîãðàííèêà.

Ðàöèîíàëüíàÿ êðèâàÿ ïðîõîäèò ÷åðåç êðàéíèå

âåðøèíû îáðàçóþùåãî ìíîãîãðàííèêà, êàñàòåëü-

íî ê åãî áîêîâûì ãðàíÿì.

Äàííûé ìåòîä ïðîôèëèðîâàíèÿ òóðáèííûõ

ðåøåòîê îñíîâàí íà îïèñàíèè êîðûòöà è ñïèíêè

ïî îòäåëüíûì ó÷àñòêàì ðàöèîíàëüíûìè ïàðàìåò-

ðè÷åñêèìè êðèâûìè ïÿòîãî ñòåïåíè ñ ñîáëþäåíè-

åì íåïðåðûâíîñòè 1-îé è 2-îé ïðîèçâîäíîé â òî÷-

êàõ ñîïðÿæåíèÿ.

Êîðûòöå ïðîôèëÿ îïèñûâàåòñÿ îäíèì ñåãìåí-

òîì ðàöèîíàëüíîé êðèâîé ïÿòîé ñòåïåíè. Ñïèíêà

ïðîôèëÿ – äâóìÿ ñåãìåíòàìè êðèâîé ïÿòîé ñòåïå-

íè: ñåãìåíò 1 – ó÷àñòîê ñïèíêè îò òî÷êè ñîïðÿæå-

íèÿ ñïèíêè ñ âõîäíîé êðîìêîé äî òî÷êè ãîðëà íà

ñïèíêå; ñåãìåíò 2 – îò òî÷êè ãîðëà íà ñïèíêå äî

òî÷êè ñîïðÿæåíèÿ ñïèíêè ñ âûõîäíîé êðîìêîé.

Âõîäíàÿ è âûõîäíàÿ êðîìêè ïðîôèëÿ îïèñûâà-

þòñÿ ñåãìåíòàìè ïÿòîé ñòåïåíè. Â ïåðâîì ïðèáëè-

æåíèè îíè ñîîòâåòñòâóþò îêðóæíîñòÿì çàäàííîãî

äèàìåòðà. Â äàëüíåéøåì, ïð

è ïðîôèëèðîâàíèè

âõîäíàÿ êðîìêà ìîæåò èìåòü ëþáóþ ôîðìó.

Áàçèðóþùàÿñÿ íà èñïîëüçîâàíèè êðèâûõ Áå-

çüå ñèñòåìà ïðîåêòèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò îïòèìèçè-

ðîâàòü ôîðìó ïðîôèëÿ íà äâóõ óðîâíÿõ.

Íà ïåðâîì óðîâíå çàäàþòñÿ îñíîâíûå ãåîìåò-

ðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ïðîôèëÿ

(ñì. Ðèñ. 8.2.6_1),

êîòîðûå è ïîçâîëÿþò ïîñòðîèòü ïðîôèëü êðèâû-

ìè Áåçüå. Ïðè ýòîì ÷àñòü óêàçàííûõ íà Ðèñ. 8.2.6_1

ïàðàìåòðîâ ôàêòè÷åñêè ïðåäîïðåäåëåíà ïðåäâàðè-

òåëüíûì (îäíîìåðíûì) ïðîåêòèðîâàíèåì òóðáèíû

(ýòî d

, d

, B, t,

ββ

). Îäíàêî â õîäå äàëüíåéøåãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ îíè òîæå ìîãóò áûòü èçìåíåíû –

åñëè îêàæåòñÿ, ÷òî ýòî íåîáõîäèìî äëÿ ïîëó÷åíèÿ

ýôôåêòèâíîãî ïðîôèëÿ. Âìåñòî äèàìåòðîâ âõîä-

Ðèñóíîê 8.2.6_2 – Óïðàâëåíèå ôîðìîé êðèâûõ êîðû-

òà è ñïèíêè íà âòîðîì óðîâíå

ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ

íîé è âûõîäíîé êðîìîê ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû

ýëëèïñû, öåëåñîîáðàçíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ êîòîðûõ

áóäåò ïîêàçàíà â äàëüíåéøåì.

Åñëè äèàïàçîí óïðàâëåíèÿ ôîðìîé êðèâûõ,

îáðàçóþùèõ ïðîôèëü, îêàæåòñÿ íåäîñòàòî÷íûì

äëÿ åãî îïòèìèçàöèè, ðåàëèçóåòñÿ ïåðåõîä íà âòî-

ðîé óðîâåíü óïðàâëåíèÿ ôîðìîé êðèâûõ êîðûòà

è ñïèíêè. Íà ýòîì óðîâíå â äèàëîãîâîì ðåæèìå

êîððåêòèðóåòñÿ ïîëîæåíèå ïðîìåæóòî÷íûõ óçëîâ

îáðàçóþùåãî ìíîãîãðàííèêà. Êîëè÷åñòâî «óçëîâ»

çàâèñèò îò êîëè÷åñòâà ó÷àñòêîâ êðèâûõ Áåçüå, èç

êîòîðûõ «ñêëååíà» ñïèíêà (2-3) èëè êîðûòî (1-2)

ïðîôèëÿ.

Íà Ðèñ. 8.2.6_2 êîðûòî ïðîôèëÿ ñîñòîèò èç

îäíîãî, à ñïèíêà – èç äâóõ ó÷àñòêîâ. Âõîäíàÿ êðîì-

êà òîæå îïèñàíà ïîëèíîìîì Áåçüå. Ïåðåìåùàþòñÿ

âñå óçëû, çà èñêëþ÷åíèåì óçëîâ ñ íîìåðîì 0 (5).

×àñòü óçëîâ ïåðåìåùàåòñÿ ñâîáîäíî, ÷àñòü – òîëü-

êî âäîëü ïðÿìûõ ëèíèé (÷òî ïîçâîëÿåò ñîõðàíèòü

óãëû è äðóãèå îáùèå ãåîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñ-

òèêè ðåøåòêè). Ïðè ýòîì â ïðîãðàììå ïðîôèëèðî-

âàíèÿ àâòîìàòè÷åñêè âû÷èñëÿåòñÿ íîìèíàëüíîå

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

423

Ðèñóíîê 8.2.6_3 – Ïîñòðîåíèå ëîïàòî÷íîãî âåíöà

íà îñíîâå òðåõ áàçîâûõ ñå÷åíèé

à) ñîåäèíåíèå ñïëàéíàìè ñîîò-

âåòñòâóþùèõ êîîðäèíàò áàçîâûõ

ïðîôèëåé; á) ïîëó÷åíèå èíòåðïî-

ëÿöèåé äîïîëíèòåëüíûõ ïðîìå-

æóòî÷íûõ ñå÷åíèé

ïîëîæåíèå ïðîìåæóòî÷íûõ óçëîâ ìíîãîãðàííèêîâ

îáåñïå÷èâàþùèå ãëàäêîå ïðîòåêàíèå êðèâèçíû.

Äàííàÿ äâóõóðîâíåâàÿ ñèñòåìà óïðàâëåíèÿ

ïðîöåññîì ïðîôèëèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü

òóðáèííûå ðåøåòêè ñ âûñîêèì àýðîäèíàìè÷åñêèì

êà÷åñòâîì, ïðè îáåñïå÷åíèè ïðî÷íîñòíûõ è êîí-

ñòðóêòèâíûõ îãðàíè÷åíèé.

Ïîñëå ïðîåêòèðîâàíèÿ è îïòèìèçàöèè âñåõ

áàçîâûõ ïðîôèëåé îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñòðîåíèå ëî-

ïàòî÷íîãî âåíöà (ñì. Ðèñ. 8.2.6_3). Ïî ñïðîôèëèðî-

âàííûì áàçîâûì ñå÷åíèÿì ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíî-

ãî àëãîðèòìà ôîðìèðóåòñÿ âíåøíÿÿ ïîâåðõíîñòü

ëîïàòêè. Â ðåçóëüòàòå

îáðàçóåòñÿ òî÷å÷íî-çàäàííàÿ

ïîâåðõíîñòü, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêîé

ìîäåëüþ ïîâåðõíîñòè ëîïàòî÷íîãî âåíöà.

Ïðîãðàììà ïîçâîëÿåò èçãèáàòü ñïðîåêòèðî-

âàííóþ ëîïàòêó èëè îòäåëüíûå åå ÷àñòè â ðàçëè÷-

íûõ íàïðàâëåíèÿõ, ñìåùàòü âäîëü ïðîòî÷íîé ÷àñ-

òè è ïîâîðà÷èâàòü âîêðóã îñè íà íåîáõîäèìûé óãîë.

Ïðè ïîñòðîåíèè âåíöà áàçîâûå ïðîôèëÿ ìî-

ãóò áûòü íåñêîëüêî äåôîðìèðîâàíû è ýòî äîëæíî

ó÷èòûâàòüñÿ íà ñëåäóþùåé èòåðàöèè ïðîåêòèðî-

âàíèÿ.

Ãèáêîñòü ïðèìåíÿåìîãî ìåòîäà ïîñòðîåíèÿ

ïðîôèëÿ èãðàåò âàæíåéøóþ ðîëü â ïîëó÷åíèè ïðî-

ôèëÿ, õàðàêòåðèñòèêè êîòîðîãî óäîâëåòâîðÿþò òðå-

áîâàíèÿì ïðîåêòà. Îò ýòîé ãèáêîñòè íåïîñðåä-

ñòâåííî çàâèñèò êîëè÷åñòâî èòåðàöèé ïîñòðîåíèÿ

ãåîìåòðèè, êîòîðûå áóäóò èñïîëüçîâàíû è èíîãäà

äàæå ñàìà âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìûõ õà-

ðàêòåðèñòèê.

8.2.7 - Îäíîìåðíîå

ïðîåêòèðîâàíèå òóðáèíû

Êàê îòìå÷åíî âûøå, ïðàâèëüíûå ðåøåíèÿ íà

ýòàïå îäíîìåðíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ îïðåäåëÿþò

êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü òóðáèíû â òå÷åíèå âñåãî

æèçíåííîãî öèêëà. Êðîìå òîãî, ýòè ðåøåíèÿ ïðå-

äîïðåäåëÿþò ïîäàâëÿþùóþ ÷àñòü ñòîèìîñòè æèç-

íåííîãî öèêëà òóðáèíû. Ñòîèìîñòü ýòèõ ðåøåíèé

î÷åíü âåëèêà è îò íèõ çàâèñèò ýôôåêòèâíîñòü âñå-

ãî ïðîåêòà äëÿ ñàìîãî ïðîèçâîäèòåëÿ.

8.2.7.1 - Âûáîð êîëè÷åñòâà ñòóïå-

íåé ÒÂÄ

Àâèàöèîííûå ÒÂÄ ôàêòè÷åñêè ïðåäñòàâëÿþò

ñîáîé îòäåëüíûé êëàññ òóðáèí, äëÿ êîòîðîãî õà-

ðàêòåðíî ñî÷åòàíèå:

- ñòåïåíè ðàñøèðåíèÿ â îäíîé ñòóïåíè (ïî

ïîëíîìó äàâëåíèþ) îò 2.0 äî 4.0…4.5;

- òåìïåðàòóðû ãàçà, òðåáóþùåé îáÿçàòåëüíî-

ãî îõëàæäåíèÿ âñåõ ëîïàòîê;

- âûñîêîãî (15…40 êãñ/ìì

) óðîâíÿ íàïðÿæå-

íèé â ïðîôèëüíîé ÷àñòè ðàáî÷èõ ëîïàòîê.

Äëÿ ÒÂÄ àâèàöèîííîãî äâèãàòåëÿ îñíîâíîé

âûáî

ð ñîñòîèò â ïðèìåíåíèè îäíîé èëè äâóõ ñòó-

ïåíåé. Îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ èìååò íåñêîëüêî ïðå-

èìóùåñòâ, ê ÷èñëó êîòîðûõ îòíîñèòñÿ ñóùåñòâåí-

íî ìåíüøåå ÷èñëî äåòàëåé è áîëåå ïðîñòàÿ

êîíñòðóêöèÿ, à òàê æå ìåíüøèé ðàñõîä îõëàæäàþ-

ùåãî âîçäóõà. Â òî æå âðåìÿ äâóõñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ

ñïîñîáíà îáåñïå÷èòü çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêèé

(íà 2…4%) ê.ï.ä. è áîëåå ñòàáèëüíîå çíà÷åíèå

ê.ï.ä. â ýêñïëóàòàöèè (âñëåäñòâèå áîëåå ìåäëåííî-

ãî èçíîñà).

Â ñîâðåìåííûõ àâèàöèîííûõ ÒÂÄ ìîæåò ïðè-

ìåíÿòüñÿ îäíà ñòóïåíü ïðè îòíîøåíèè ïîëíûõ äàâ-

ëåíèé 3.0…4.5. Òàêèå îäíîñòóïåí÷àòûå ÒÂÄ èñ-

ïîëüçóþòñÿ â ñåìåéñòâàõ ãðàæäàíñêèõ äâèãàòåëåé

Trent (Rolls-Royce), CFM56 (GE/SNECMA),

PW6000 (Pratt&Whitney). Äâóõñòóïåí÷àòûå ÒÂÄ

ñ îòíîøåíèåì ïîëíûõ äàâëåíèé 4.0…5.5 ïðèìåíå-

íû â CF6-80C2, GE90, PW2000, PW4000, V2500

(International Aero Engines). Ïðè ýòîì òàêèå ïðå-

èìóùåñòâà äâóõñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ, êàê áîëåå âûñî-

êàÿ àýðîäèíàìè÷åñêàÿ ýôôåêòèâíîñòü è áîëåå ñòà-

áèëüíûå ïàðàìåòðû â ýêñïëóàòàöèè [8.2.11.25],

ïîçâîëÿþò åé ÷àñòè÷íî ñîõðàíÿòü ñâîè ïîçèöèè

äàæå â âîåííîì äâèãàòåëåñòðîåíèè.

Îá ýòîì ñâè-

äåòåëüñòâóåò ïðîäîëæàþùàÿñÿ êîíêóðåíöèÿ âñå

íîâûõ âåðñèé äâèãàòåëåé F100 (Pratt&Whitney)

ñ äâóõñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ è F110 (GE Aircraft

Engines) - ñ îäíîñòóïåí÷àòîé.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

424

Òåì íå ìåíåå, ïðåèìóùåñòâà îäíîñòóïåí÷à-

òîé ÒÂÄ â îòíîøåíèè ñåáåñòîèìîñòè è ñòîèìîñòè

îáñëóæèâàíèÿ (èç-çà ìåíüøåãî êîëè÷åñòâà äåòàëåé)

äîñòàòî÷íî î÷åâèäíû. Ïîýòîìó äàæå êîíñîðöèóì

International Aero Engines (Pratt&Whitney, Rolls-

Royce, MTU è ÿïîíñêèå ôèðìû) – ïðîèçâîäèòåëü

îäíîãî èç íàèáîëåå óñïåøíûõ äâèãàòåëåé (V2500),

èçó÷àåò âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ â ñâîåì äâèãà-

òåëå îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ âìåñòî äâóõñòóïåí÷à-

òîé [8.2.11.25]. È äåëàåò ýòî ïîä âëèÿíèåì î÷åâèä-

íûõ óñïåõîâ îñíîâíîãî êîíêóðåíòà – ñåìåéñòâà

CFM56. Îäíîñòóïåí÷àòàÿ ÒÂÄ (ñ îòíîøåíèåì äàâ-

ëåíèé 5.5) îáúÿâëåíà òàêæå â êà÷åñòâå ïåðñïåêòèâ-

íîé öåëè GE ïðè ñîâåðøåíñòâîâàíèè äâèãàòåëÿ

GE90 [8.2.11.26].

Íî íà ïðàêòèêå ïåðåõîä íà îäíîñòóïåí÷àòóþ

ÒÂÄ ñâÿçàí ñ áîëüøèì ðèñêîì èç-çà âïîëíå âåðîÿò-

íîé íåîáõîäèìîñòè óâåëè÷åíèÿ çàòðàò íà äîâîäêó

è äîñòèæåíèå êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòè íîâîé îäíî-

ñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ ñ óæå èìåþùåéñÿ äâóõñòóïåí÷à-

òîé.

Ïðèìåíåíèå îäíîñòóïåí÷àòîé ÒÂÄ (ñ îòíîøå-

íèåì ïîëíûõ äàâëåíèé íà âõîäå è âûõîäå 4.0 è áî-

ëåå) îçíà÷àåò:

- òðàíñçâóêîâîé è ñâåðõçâóêîâîé óðîâåíü ÷è-

ñåë Ìàõà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè (íåîáõîäèìîñòü ðåøå-

íèÿ ïðîáëåìû ïðîåêòèðîâàíèÿ îõëàæäàåìûõ ïðî-

ôèëåé, ýôôåêòèâíûõ â äèàïàçîíå ÷èñåë Ìàõà îò 1.0

äî 1.4); ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïîòîêà â òðàíñçâó-

êîâîé îáëàñòè óðîâåíü ïîòåðü ýíåðãèè â ðåøåòêå

ïðîôèëåé ñóùåñòâåííî âîçðàñòàåò è â áîëüøèíñòâå

ñëó÷àåâ óâåëè÷èâàåòñÿ

äàëåå è â òðàíñçâóêîâîé

îáëàñòè; ýòî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ê.ï.ä. òóðáè-

íû ñ óâåëè÷åíèåì ñòåïåíè ðàñøèðåíèÿ âûøå

2.5…3.0;

- îáðàçîâàíèå ñèñòåìû ñêà÷êîâ óïëîòíåíèÿ

â ïðîòî÷íîé ÷àñòè è âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ

äîïîëíèòåëüíûõ ïîòåðü îò íåñòàöèîíàðíîãî âçàè-

ìîäåéñòâèÿ ýòèõ ñêà÷êîâ â ñèñòåìå íåïîäâèæíûõ

(ÑÀ ÒÂÄ è ÑÀ ÒÍÄ) è âðàùàþùåéñÿ (ÐÊ ÒÂÄ)

ðåøåòîê; íà Ðèñ. 8.2.7.1_1 ïîêàçàíà âîëíîâàÿ ñòðóê-

òóðà òå÷åíèÿ â ðåøåòêå ðàáî÷èõ ëîïàòîê ïðè ÷èñ-

ëå Ìàõà çà ðåøåòêîé 1.25;

- îòíîñèòåëüíî âûñîêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèé

â ðîòîðå (äèñêå è äåôëåêòîðå) èç-çà âûñîêîãî (íå-

îáõîäèìîãî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïðèåìëåìîé àýðîäè-

íàìè÷åñêîé íàãðóçêè) óðîâíÿ îêðóæíîé ñêîðîñòè

(500…600 ì/ñ) – ïîòåíöèàëüíûå ïðîáëåìû ñ îáåñ-

ïå÷åíèåì öèêëè÷åñêîãî ðåñóðñà ðîòîðà ïðè ïðî-

åêòèðîâàíèè;

- âûñîêèé óðîâåíü ìåõàíè÷åñêèõ è òåðìè-

÷åñêèõ (âîçíèêàþùèõ âñëåäñòâèå òåìïåðàòóðíûõ

íàïðÿæåíèé) íàïðÿæåíèé â ðàáî÷åé ëîïàòê

(25…40 êãñ/ìì

) –

ïîòåíöèàëüíûå ïðîáëåìû ñ

îáåñ-

Ðèñóíîê 8.2.7.1_1 – Ñèñòåìà ñêà÷êîâ óïëîòíåíèÿ

â ïëîñêîé ðåøåòêå òóðáèííûõ

ëîïàòîê ïðè îñðåäíåííîì ÷èñëå

Ìàõà 1.25 [8.2.11.21].

Òåíåâàÿ ôîòîãðàôèÿ (øëèðåí-

ôîòîãðàôèÿ) ïðè âèçóàëèçàöèÿ

ïîòîêà ñ ïîìîùüþ îêðàøåííîãî

ìàñëà

ïå÷åíèåì åå äîëãîâå÷íîñòè è íàäåæíîñòè;

- ïîâûøåííûé óðîâåíü àýðîäèíàìè÷åñêèõ ñèë,

âîçáóæäàþùèõ äèíàìè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ

â ðàáî-

÷åé ëîïàòêå;

- â öåëîì áîëåå íèçêèé, ÷åì â äâóõñòóïåí÷à-

òîé òóðáèíå, óðîâåíü àýðîäèíàìè÷åñêîé ýôôåêòèâ-

íîñòè ÒÂÄ (ñì. Ðèñ. 8.1.10).

Òîëüêî ïîñëå íàäåæíîãî îâëàäåíèÿ ñîîòâåò-

ñòâóþùèìè òåõíîëîãèÿìè è äîñòèæåíèÿ íàäåæíî-

ñòè, õîòÿ áû ðàâíîé íàäåæíîñòè äâóõñòóïåí÷àòîé

ÒÂÄ, ìîæíî ðàññ÷èòûâàòü íà ýôôåêòèâíîñòü ïðè-

ìåíåíèÿ îäíîñòóïåí÷àòîé òóðáèíû. Ýôôåêòèâíî

ðàáîòàþùèå â íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíîñòóïåí÷àòûå

ÒÂÄ (CFM56, F119) ïðîøëè äîñòàòî÷íî äëèòåëü-

íóþ äîâîäêó è ýìïèðè÷åñêèì ïóòåì áûëè íàéäåíû

íåêîòîðûå îïòèìàëüíûå ðåøåíèÿ, êîòîðûå

â íîâîì

ïðîåêòå íåîáõîäèìî íàéòè àíàëèòè÷åñêè.

8.2.7.2 - Âûáîð êîëè÷åñòâà ñòóïå-

íåé ÒÍÄ

Âûáîð êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé àâèàöèîííûõ ÒÍÄ

îïðåäåëÿåòñÿ ðàñïîëàãàåìîé îêðóæíîé ñêîðîñòüþ

è òðåáóåìîé ñòåïåíüþ ðàñøèðåíèÿ. Ðàñïîëàãàåìàÿ

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

425

îêðóæíàÿ ñêîðîñòü çàâèñèò îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ

è âûáðàííîãî äèàìåòðà ïðîòî÷íîé ÷àñòè. Îïòè-

ìàëüíîå ðåøåíèå íàõîäèòñÿ ñ ó÷åòîì ê.ï.ä., ìàññû

è ñòîèìîñòè. Õîòÿ ýòè ïàðàìåòðû

â ðàçëè÷íûõ äâè-

ãàòåëÿõ âûáèðàþòñÿ ñ ó÷åòîì ìíîæåñòâà ôàêòîðîâ,

îêàçàëîñü, ÷òî â ðåàëèçîâàííûõ êîíñòðóêöèÿõ êî-

ëè÷åñòâî ñòóïåíåé íàõîäèòñÿ â äîñòàòî÷íî óçêîé

çàâèñèìîñòè îò ñòåïåíè ðàñøèðåíèÿ â ÒÍÄ.

Ôèðìà MTU ïîñòðîèëà òàêóþ çàâèñèìîñòü

äëÿ ñïðîåêòèðîâàííûõ åþ ÒÍÄ (ñì. Ðèñ. 8.2.7.2_1).

Ðåçêèé ïåðåõîä ê ìåíüøåìó áîëåå ÷åì â äâà ðàçà

êîëè÷åñòâó ñòóïåíåé îñóùåñòâëÿåòñÿ òîëüêî ñ ïî-

ìîùüþ èñïîëüçîâàíèÿ ðåäóêòîðà ìåæäó âåíòèëÿ-

òîðîì è ÒÍÄ äëÿ ïîâûøåíèÿ ÷àñòîòû âðàùåíèÿ

òóðáèíû.

Ñðàâíåíèå è âûáîð îïòèìàëüíîãî âàðèàíòà äëÿ

êîíêðåòíîãî ïðèìåíåíèÿ ïðîèçâîäèòñÿ â ñèñòåìå

äâèãàòåëÿ íà îñíîâå ñðàâíåíèÿ ïðÿìûõ ýêñïëóàòà-

öèîííûõ ðàñõîäîâ äëÿ êàæäîãî âàðèàíòà.

Ñ èñïîëü-

çîâàíèåì ïðîãðàìì îäíîìåðíîãî ðàñ÷åòà òóðáèíû

ïî ñðåäíåìó äèàìåòðó îïðåäåëÿåòñÿ ê.ï.ä. ÒÍÄ

è îöåíèâàåòñÿ íåîáõîäèìûé ðàñõîä îõëàæäàþùå-

ãî âîçäóõà, ñèñòåìà âòîðè÷íûõ ïîòîêîâ. Çàòåì ïîñ-

ëå îöåíîê ìàññû è ñòîèìîñòè ïðîâîäèòñÿ ñðàâíå-

íèå âàðèàíòîâ òóðáèíû â ñèñòåìå äâèãàòåëÿ ïî

ïðÿìûì ýêñïëóàòàöèîííûì ðàñõîäàì.

Ðèñóíîê 8.2.7.2_2 – Âûáîð êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé ÑÒ

Ðèñóíîê 8.2.7.2_1 - Èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé

â ÒÍÄ â çàâèñèìîñòè îò ñòå-

ïåíè ðàñøèðåíèÿ ïî ïîëíîìó

äàâëåíèþ äëÿ òóðáèí MTU

[8.2.11.27]

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

426

Íà Ðèñ. 8.2.7.2_2 ïðèâåäåíà èëëþñòðàöèÿ âû-

áîðà êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé â ñâîáîäíîé ÑÒ äëÿ ïðè-

âîäà ýëåêòðîãåíåðàòîðà.

Ôóíêöèåé öåëè ñëóæèò ñòîèìîñòü ïðèîáðå-

òåíèÿ è ïðÿìûå ýêñïëóàòàöèîííûå ðàñõîäû äëÿ

äàííîãî âàðèàíòà êîíñòðóêöèè çà îïðåäåëåííûé

(îáîçðèìûé äëÿ çàêàç÷èêà) ïåðèîä âðåìåíè. Â ï-

ðèâåäåííîì ïðèìåðå ïðè âûáîðå êîëè÷åñòâà ñòó-

ïåíåé äëÿ ñèëîâîé òóðáèíû ó÷èòûâàåòñÿ èçìåíå-

íèå ê.ï.ä., ñåáåñòîèìîñòè (çàòðàò íà ïðèîáðåòåíèå),

çàòðàò íà ýêñïëóàòàöèþ (ñòîèìîñòè òîïëèâà) â òå-

÷åíèå îäíîãî ãîäà (ýòîò ñðîê âûáðàí êàê ïðèåìëå-

ìûé äëÿ çàêàç÷èêà â êà÷åñòâå ñðîêà îêóïàåìîñòè

ëþáîãî ðàññìàòðèâàåìîãî èçìåíåíèÿ êîíñòðóê-

öèè).

Íà Ðèñ. 8.2.7.2_2 âèäíî, ÷òî ñòîèìîñòü ïðè-

îáðåòåíèÿ ìîíîòîííî ðàñòåò âñëåäñòâèå ðîñòà ñå-

áåñòîèìîñòè ïðè óâåëè÷åíèè êîëè÷åñòâà ñòóïåíåé.

Ïîäîáíûì æå îáðàçîì ðàñòåò è ðåàëèçóåìûé ê.ï.ä.

êàê ñëåäñòâèå ñíèæåíèÿ íàãðóçêè íà ñòóïåíü. Çàò-

ðàòû íà ýêñïëóàòàöèþ (òîïëèâî) ïàäàþò ñ ðîñòîì

ê.ï.ä. Îäíàêî ñóììàðíûå çàòðàòû èìåþò ÷åòêèé

ìèíèìóì ïðè ÷åòûðåõ ñòóïåíÿõ â ÑÒ.

Âî âñåõ ýòèõ ðàñ÷åòàõ î÷åíü âàæíî ó÷èòûâàòü

ñîáñòâåííûé îïûò è îïûò äðóãèõ ôèðì äëÿ äîñòî-

âåðíîñòè ïðîâåäåííûõ îöåíîê, èíà÷å äàëüíåéøèå

ñðàâíåíèÿ è âûâîäû ìîãóò íå èìåòü ðåàëüíîé îñ-

íîâû.

8.2.7.3 - Àýðîäèíàìè÷åñêîå ïðîåê-

òèðîâàíèå è ê.ï.ä. òóðáèíû

Äåòàëüíîå àýðîäèíàìè÷åñêîå ïðîåêòèðîâàíèå

íà ñðåäíåì äèàìåòðå çàêëþ÷àåòñÿ â âûáîðå îïòè-

ìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ óäåëüíîé ðàáîòû è ðåàê-

òèâíîñòè ïî ñòóïåíÿì äëÿ ïðåäâàðèòåëüíî âûáðàí-

Ðèñóíîê 8.2.7.3_1 – Ñõåìà ïðîöåññà îäíîìåðíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ òóðáèíû

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

427

Пîòåðè / ê.ï.ä.

ÒВД

(îäíî-

ñòóïåíчàòàÿ)

ÒНД

(îäíà ñòóïåíü

ìíîãîñòó-

ïåíчàòîé

òóðáèíû)

Ïåðåïàä ïîëíîãî äàâëåíèÿ

41.55

Ïàðàìåòð íàãðóçêè U/Ñ

àä

0.48 0.407

Óãëû âõîäà âåíöîâ ÑÀ / ÐÊ, ãðàä

90.0 / 42.7 43.7 / 43.0

Óãëû âûõîäà âåíöîâ ÑÀ / ÐÊ, ãðàä

10.3 / 17.8 20.6 / 20.6

Ïðèâåäåííàÿ èçîýíòðîïè÷åñêàÿ ñêîðîñòü çà

ÑÀ / ÐÊ

0.98 / 1.30 0.70 / 0.72

Ïðîôèëüíûå ïîòåðè ÑÀ / ÐÊ, %

2.31 / 4.06 5.19 / 5.34

Âòîðè÷íûå ïîòåðè ÑÀ / ÐÊ, %

1.85 / 4.24 1.32 / 1.03

Àýðîäèíàìè÷åñêèå ïîòåðè ÑÀ / ÐÊ, %

4.16 / 8.30 6.51 / 6.37

ê.ï.ä. (àэ

îäèíàìèчåñêèé, áåç

îõëàжäåíèÿ), %

92.4 91.6

Îõëàæäåíèå (îòíîñèòåëüíûé ðàñõîä

âîçäóõà) ñòàòîðà/ðîòîðà, %

11.3 / 3.95 -

Ïîòåðè îò îõëàæäåíèÿ âåíöîâ ÑÀ/ ÐÊ, %

3.00 / 0.93 -

Ñóììàðíûå ïîòåðè âåíöîâ ÑÀ / ÐÊ, %

7.16 / 9.23 6.51 / 6.37

Êîýôôèöèåíòû ñêîðîñòè â ÑÀ / ÐÊ

.9635 / .9527 .9669 / .9677

ê.ï.ä. (àэ

îäèíàìèчåñêèé ñ

чåòîì

îõëàжäåíèÿ ëîïàòîê), %

91.4 91.6

Îõëàæäåíèå îñåâîãî çàçîðà (ðàñõîä âîçäóõà

â îñåâîé çàçîð), %

0.59 -

∆

ê.ï.ä. (ïîòå

è èç-çà îõëàжäåíèå

îòî

чåðåç àïïàðàò çàêðóòêè), %

-0.95 -

∆

ê.ï.ä. (îñåâîé çàçî

), %

-0.63 -

ê.ï.ä. ñ îõëàжäåíèåì, %

89.8 -

Ðàäèàëüíûé çàçîð ÑÀ / ÐÊ, ìì

0 / 0.53 0.50 / 0.50

Îòíîñèòåëüíûé (ê äëèíå ëîïàòêè)

ðàäèàëüíûé çàçîð ÑÀ / ÐÊ, %

0 / 0.84 0.30 / 0.30

∆

ê.ï.ä. (ðàäèàëüíûé çàçîð) ÑÀ/ÐÊ, %

-1.68 -0.60 / -0.73

Пå

âèчíûé ê.ï.ä. ò

óð

áèíû, %

88.1 90.3

Òàáëèöà 8.2.7.3_1

Ïðèáëèæåííûé àíàëèç ïîòåðü è ê.ï.ä. òèïè÷íûõ ñòóïåíåé òóðáèíû

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

428

íûõ îñåâûõ è äèàìåòðàëüíûõ ðàçìåðîâ ïðîòî÷íîé

÷àñòè. Â ïðîöåññå îïòèìèçàöèè äîïóñòèìà êîððåê-

òèðîâêà ëþáûõ ðàçìåðîâ.

Öåëüþ îïòèìèçàöèè ÿâëÿåòñÿ âûáîð ñî÷åòà-

íèÿ ïàðàìåòðîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ìèíèìàëüíóþ

âåëè÷èíó ïðÿìûõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ðàñõîäîâ.

Ïðèìåðíàÿ ñõåìà îïðåäåëåíèÿ ê.ï.ä. òóðáè-

íû â îäíîìåðíîì àýðîäèíàìè÷åñêîì ðàñ÷åòå äëÿ

òèïè÷íûõ ñòóïåíåé (îäíîñòóïåí÷àòîé îõëàæäàå-

ìîé ÒÂÄ ñ âûñîêèì îòíîøåíèåì äàâëåíèé è äëÿ

îäíîé èç ñòóïåíåé íåîõëàæäàåìîé ìíîãîñòóïåí-

÷àòîé ÒÍÄ) ïðèâåäåíà â òàáëèöå 8.2.7.3_1. Èç òàá-

ëèöû ñëåäóåò, ÷òî ãëàâíóþ ðîëü â îïðåäåëåíèè

ê.ï.ä. èãðàþò ïîòåðè ýíåðãèè â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

òóðáèíû. Îíè âêëþ÷àþò ïîòåðè êèíåòè÷åñêîé

ýíåðãèè ïîòîêà ãàçà â ëîïàòî÷íûõ âåíöàõ è ïîòå-

ðè ìîùíîñòè (ê.ï.ä.) èç-çà ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ñè-

ñòåìû îõëàæäåíèÿ.

Ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî îïòèìàëüíûå ïàðà-

ìåòðû íå ìîãóò áûòü îêîí÷àòåëüíî âûáðàíû

â îä-

íîìåðíîì ðàñ÷åòå, òàê êàê îäíîìåðíàÿ ìîäåëü

òîëüêî ñ îïðåäåëåííîé ñòåïåíüþ

ïðèáëèæåíèÿ îò-

ðàæàåò ðåàëüíûå ïðîöåññû â òóðáèíå.

8.2.8 - Àýðîäèíàìè÷åñêîå

ïðîåêòèðîâàíèå ëîïàòî÷íûõ

âåíöîâ

Îáùàÿ ñõåìà ïðîöåññà

Îáùàÿ ñõåìà ïðîöåññà ïðîåêòèðîâàíèÿ ëîïà-

òî÷íûõ âåíöîâ ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñ. 8.2.8_1).

Ñîäåðæàíèå ïðîöåññà ïðîåêòèðî-

âàíèÿ âåíöà

Ïðåäâàðèòåëüíàÿ àýðîäèíàìè÷åñêàÿ îïòèìè-

çàöèÿ ëîïàòî÷íîé ðåøåòêè â 2D-ïîñòàíîâêå ïðî-

âîäèòñÿ íåïîñðåäñòâåííî â ïðîãðàììå ïðîôèëèðî-

âàíèÿ â äèàëîãîâîì ðåæèìå ïî ðàñïðåäåëåíèþ

ïðèâåäåííîé àäèàáàòè÷åñêîé ñêîðîñòè (èëè ñòàòè-

÷åñêîãî äàâëåíèÿ) ïî îáâîäàì ïðîôèëÿ. Îáòåêàíèå

ðåøåòêè îöåíèâàåòñÿ ìîäåëèðîâàíèåì ïî 2D-Ýé-

ëåðó (ìîäåëèðîâàíèåì ñæèìàåìîãî äîçâóêîâîãî,

òðàíñçâóêîâîãî è ñâåðõçâóêîâîãî ïîòîêà â ðåøåò-

êå ïî óðàâíåíèÿì Ýéëåðà äëÿ íåâÿçêîãî ïîòîêà).

Êðèòåðèÿìè îïòèìàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ

ñêîðîñòè ÿâëÿþòñÿ:

- Îáåñïå÷åíèå îòíîñèòåëüíî íèçêèõ (íà óðîâ-

íå, áëèçêîì ê ñðåäíåé ïðèâåäåííîé ñêîðîñòè íà âõî-

äå â ðåøåòêó) çíà÷åíèé ïðèâåäåííîé ñêîðîñòè íà

íà÷àëüíîì ó÷àñòêå ïðîôèëÿ ñïèíêè (íåïîñðåäñòâåí-

íî ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðàçãîíà ïîòîêà íà âõîäíîé êðîì-

êå îò òî÷êè òîðìîæåíèÿ). Íàèáîëåå ýôôåêòèâíûì

ñðåäñòâîì äëÿ ýòîãî ÿâëÿåòñÿ îòðèöàòåëüíûé óãîë

àòàêè (ðàçíèöà ìåæäó êîíñòðóêòèâíûì óãëîì è óã-

ëîì ïîòîêà íà âõîäå â ðåøåòêó).

- Ðàâíîìåðíîå óñêîðåíèå ïîòîêà äî òî÷êè ìàê-

ñèìàëüíîé ñêîðîñòè âáëèçè èëè çà òî÷êîé ãîðëî-

âîãî ñå÷åíèÿ ìåæëîïàòî÷íîãî êàíàëà.

- Ïëàâíîå òîðìîæåíèå ïîòîêà îò òî÷êè ìàê-

ñèìóìà ñêîðîñòè íà ñïèíêå äî âûõîäíîé êðîìêè

(îïòèìàëüíûé òåìï ñíèæåíèÿ ïðèâåäåííîé ñêîðî-

ñòè ñîñòàâëÿåò 0.05…0.10 íà 10% ïåðèìåòðà ïðî-

ôèëÿ). Î÷åâèäíî, ÷òî ÷åì ìåíüøå ýòîò òåìï, òåì

ëó÷øå. Çíà÷èòåëüíûå îòðèöàòåëüíûå ãðàäèåíòû

ñêîðîñòè íà ñïèíêå (â ïðåäåëå ïåðåõîäÿùèå â ñêà÷-

êè óïëîòíåíèÿ) ìîãóò ïðèâåñòè ê îòðûâó ïîòîêà

è çíà÷èòåëüíîìó óâåëè÷åíèþ ïîòåðü.

- Ìèíèìàëüíî âîçìîæíàÿ ñòåïåíü ïåðåðàñøè-

ðåíèÿ ïîòîêà íà ñïèíêå (îòíîøåíèå ìàêñèìàëüíîé

ñêîðîñòè ê ñðåäíåé ñêîðîñòè íà âûõîäå èç ðåøåò-

êè). Ïðèåìëåìûì óðîâíåì ïåðåðàñøèðåíèÿ íà

ïðàêòèêå ìîæíî ñ÷èòàòü 1.05…1.20.

- Èñêëþ÷åíèå ìåñòíûõ âñïëåñêîâ ñêîðîñòè

â ìåñòå ñõîäà ïîòîêà ñ îêðóæíîñòè âõîäíîé êðîì-

êè íà ñïèíêó è êîðûòî ïîñëå ðàçãîíà îò òî÷êè òîð-

ìîæåíèÿ. Ýòè âñïëåñêè îêàçûâàþò íåáëàãîïðèÿò-

íîå âëèÿíèå íà ðàçâèòèå ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ

è ñïîñîáñòâóþò óâåëè÷åíèþ ìåñòíûõ êîýôôèöè-

åíòîâ òåïëîîòäà÷è îò ãàçà ê êîðûòó ëîïàòêè.

Óðîâåíü ýòèõ ìåñòíûõ âñïëåñêîâ ìîæåò áûòü

ñíèæåí óìåíüøåíèåì äèàìåòðà âõîäíîé êðîìêè

(îêîëî 0.6 ìì â ñîâðåìåííûõ ÒÍÄ) èëè ïåðåõîäîì

ê îïèñàíèþ âõîäíîé êðîìêè íå îêðóæíîñòüþ, à ýë-

ëèïñîì.

Ïîìèìî ýòèõ îáùèõ êðèòåðèåâ, íåîáõîäèìî

èìåòü â âèäó ÷àñòíûå ñëó÷àè ïðîåêòèðîâàíèÿ:

- Â ñëó÷àå ïîÿâëåíèÿ çîíû ñâåðõçâóêîâûõ

ñêîðîñòåé íà ñïèíêå öåëåñîîáðàçíî ìàêñèìàëüíî

ñíèçèòü êàê îáùèé óðîâåíü ñâåðõçâóêîâûõ ñêîðî-

ñòåé, òàê è ïðîòÿæåííîñòü ýòîé çîíû, äàæå çà ñ÷åò

íåêîòîðîãî ïîâûøåíèÿ óðîâíÿ ñêîðîñòåé â íà÷à-

ëå ñïèíêè.

- Äëÿ îõëàæäàåìûõ ëîïàòîê öåëåñîîáðàçíî

äîáèâàòüñÿ èñêëþ÷åíèÿ èëè ñíèæåíèÿ ìåñòíûõ

çàáðîñîâ ñêîðîñòè â íà÷àëå êîðûòà, òàê êàê ýòî ñïî-

ñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ ìåñòíûõ êîýôôèöèåíòîâ

òåïëîîòäà÷è îò ãàçà.

- Äëÿ ëîïàòîê ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé àâèàöèîí-

íûõ òóðáèí ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííûì âëèÿíèå

÷èñëà Ðåéíîëüäñà íà ïîëåòíûõ ðåæèìàõ. Ïîýòîìó

öåëåñîîáðàçíî èñêëþ÷àòü çíà÷èòåëüíûå ãðàäèåí-

òû ïîòîêà â êîíöå ñïèíêè (õàðàêòåðíûå äëÿ òàê

íàçûâàåìûõ çàäíåíàãðóæåííûõ ïðîôèëåé), êîòî-

ðûå èìåþò òåíäåíöèþ ê îòðûâó ïîòîêà ïðè óìåíü-

øåíèè ÷èñëà Ðåéíîëüäñà.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

429

Ðèñóíîê 8.2.8_1 – Ñõåìà ïðîöåññà ïðîåêòèðîâàíèÿ ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ òóðáèíû