Влияние предварительной закрутки потока на эффективность регулирования вентилятора поворотом лопаток рабочего колеса

Обоснован выбор расчетной предварительной закрутки потока, обеспечивающей высокую эффективность вентилятора при регулировании поворотом рабочих лопаток в широком диапазоне расхода. Проведено аналитическое исследование зависимости изменения радиальных зазоров, углов атаки и теоретического напора при регулировании вентилятора поворотом рабочих лопаток от предварительной закрутки потока. Показано, что для изменения коэффициентов теоретического напора и расхода на одинаковую величину рабочие лопатки вентилятора с закруткой потока по вращению необходимо повернуть на больший угол, чем лопатки вентилятора с закруткой потока против вращения. Это приводит к большему изменению радиальных зазоров при регулировании и росту потерь давления в концевых областях. Потери при регулировании вентилятора поворотом рабочих лопаток связаны в основном с рассогласованием в работе с неподвижным спрямляющим аппаратом, приводящем к отклонению углов атаки от оптимальных значений. Углы атаки в вентиляторах с предварительной закруткой потока против вращения меньше отклоняются от оптимальных значений при изменении расхода, чем в вентиляторах с закруткой потока по вращению. Следовательно, предварительная закрутка потока против вращения повышает эффективность регулирования вентилятора поворотом лопаток рабочего колеса. Полученные аналитические данные проверены на примере трех вентиляторов с различной предварительной закруткой потока (по вращению, против вращения и без закрутки), спрофилированных на одинаковые расчетные параметры. Характеристики этих вентиляторов, найденные методом численного моделирования в программном комплексе ANSYS CFX, подтвердили выведенные аналитические зависимости.

Литература

[1] Березин С.Е. Выбор способа регулирования воздуходувок для аэрации сточных вод. Водоснабжение и санитарная техника, 2012, № 11, с. 59–64.

[2] Дзидзигури А.А. Работа шахтных вентиляторов в сложных сетях. Тбилиси, Изд-вo АН Грузинской ССР, 1958. 165 с.

[3] Алыменко Н.И., Алыменко Д.Н., Трапезников И.И., Ковалев А.В. Требования к современным осевым вентиляторам местного проветривания. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2003, № 10, с. 168–170.

[4] Архипов Д.В., Тумашев Р.З. Расчетное исследование влияния тангенциального наклона и косого обтекания лопаток направляющего аппарата на работу ступени осевого компрессора. Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2015, № 11, с. 178–192, doi: 10.7463/1115.0825832. URL: http://engineering-science.ru/doc/825832.html (дата обращения 14 апреля 2018).

[5] Караджи С.В., Тумашев Р.З. Сравнение аэродинамических характеристик лопаточных венцов с различной формой оси лопатки. Журнал Сибирского федерального университета. Сер. Техника и технологии, 2012, т. 5, № 3, с. 245–257.

[6] Замолодчиков Г.И., Тумашев Р.З. Повышение эффективности вентилятора на различных рабочих режимах путем изменения формы лопатки направляющего аппарата. Наука и Образование: Научное издание, 2017, № 1, с. 20–36, doi: 10.7463/0117.0000920. URL: http://technomagelpub.elpub.ru/jour/article/view/920/912 (дата обращения 1 мая 2018).

[7] Брусиловский И.В. Аэродинамика и акустика осевых вентиляторов. Труды Центрального аэрогидродинамического института им. Н.Е. Жуковского, Москва, Изд. отдел ЦАГИ, 2004. 275 с.

[8] Ахмедзянов Д.А., Козловская А.Б. Методика расчета и моделирования осевых компрессоров авиационных ГТД. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2009, т. 13, № 1, с. 9–19.

[9] Кривошеев И.А., Рожков К.Е., Симонов Н.Б. Определение номинальных режимов решеток профилей, ступеней и каскадов компрессоров с использованием расчетных методов и метода номограмм. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2015, т. 19, № 2, с. 69–78.

[10] Брусиловский И.В. Оценка влияния способа предварительной закрутки потока в осевом вентиляторе на его свойства. Москва, Издательский отдел ЦАГИ, препринт № 124, 2000, 5 с.

[11] Коротков В.А., Татаренко Ю.В. Безразмерные характеристики осерадиального колеса центробежной компрессорной ступени. Вестник международной академии холода, 2014, № 4, с.44–47.

[12] Петров Ю.Е. Оценка эффективности регулирования осевых воздуходувок мощных котлоагрегатов. Труды ЦКТИ, 1970, вып. 102, с. 51–58.

[13] Ковалева Е.А., Коваль В.А., Романов В.В. Влияние радиального зазора на границу газодинамической устойчивости осевых компрессоров ГТД. Насосы, турбины системы. 2013, № 3, с. 27–34.

[14] Комаров О.В., Седунин В.А., Блинов В.Л., Серков С.А. Верификация задачи численного моделирования течения воздуха в осевой компрессорной ступени. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 1(106), c. 54–67.

[15] Шелковский М.Ю. Верификация программного комплекса ANSYS CFX для численного анализа трехмерного течения в компрессоре. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2012, № 3/10(57), с. 60–65.