Влияние диффузора на окружную неравномерность давления газа в выходном патрубке турбины

Выходной патрубок — важный элемент конструкции паровых и газовых турбин, влияющий на эффективность как турбины, так и всей турбоустановки. В настоящее время в паровых турбинах применяют выходные патрубки осерадиального типа, в которых из-за поворота потока создается окружная неравномерность давления в области за последней ступенью турбины, что ухудшает вибрационное состояние лопаток последней ступени, вызывая вынужденные колебания и процессы старения материала лопаток. Один из способов защиты лопаток от вибрации — уменьшение окружной неравномерности давления. Поэтому актуальным является исследование влияния на нее диффузорных элементов. Однако в научной литературе практически отсутствуют сведения о влиянии диффузоров на входную неравномерность давления. Авторами предлагаемой работы аналитически (с использованием коэффициентов восстановления давления) показано, что диффузор влияет на окружную неравномерность давления. Обоснованность данного вывода проверена с помощью численных экспериментов. Для этого в программной среде SolidWorks построены модели трех одинаковых выходных патрубков, отличающихся тем, что первый не имел диффузора, во втором использовался полный кольцевой диффузор, а в третьем — срезанный кольцевой диффузор. Аэродинамический анализ патрубков проведен с помощью модуля Solid-Works программы FlowWorks. Для каждой модели расчеты проводились для двух рабочих тел — воздуха и водяного пара. Результаты расчетов, представленные в графической форме, подтвердили аналитические выводы. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании турбин и для оценки вибрационной надежности лопаток последней ступени турбины.

Литература

[1] Костюк А.Г., Фролов В.В., ред. Турбины тепловых и атомных электрических станций. Москва, МЭИ, 2001. 488 с.

[2] Зарянкин А.Е., Симонов Б.П. Выхлопные патрубки паровых и газовых турбин. Москва, МЭИ, 2002. 274 c.

[3] Зарянкин А.Е., Грибин В.Г., Парамонов А.Н., Носков В.В., Митрохова О.Н. Влияние угла раскрытия плоских диффузоров на их вибрационное состояние и пути снижения этих вибраций. Теплоэнергетика, 2012, № 9, с. 27–33.

[4] Касилов В.Ф. Исследование средств активного воздействия на закрученное течение в сборной камере выходных патрубков цилиндров низкого давления паровых турбин. Теплоэнергетика, 2000, № 11, с. 28–33.

[5] Рис В.В., Симою Л.Л., Галаев С.А., Гудков Н.Н., Кириллов В.И., Смирнов Е.М., Кириллов А.И., Ермолаев В.В. Численное моделирование процессов течения в выхлопном патрубке паровой турбины: сопоставление результатов расчета с данными натурного эксперимента. Теплоэнергетика, 2009, № 4, с. 11–17.

[6] Волков Н.Н., Волкова Л.И., Гурина И.Н., Козлов А.Ш. Экспериментальная установка и методика исследования характеристик выхлопного диффузора с центральным телом для отработки ракетных двигателей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2012, № 4(89), с. 51–60.

[7] Волков Н.Н., Волкова Л.И., Гурина И.Н., Козлов А.Ш. Исследование характеристик выхлопного диффузора с центральным телом на продуктах сгорания твердого топлива. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2014, № 1(94), с. 36–45.

[8] Сидоров А.А., Голиков А.С. Оценка степени неоднородности давления во входном сечении осерадиального патрубка паровой турбины. Аспирант и соискатель, 2010, № 3, с. 74–77.