К определению областей рационального применения осевых, центростремительных и центробежных турбин сверхмалой мощности по их обобщенным характеристикам

Повышение эффективности турбин сверхмалой мощности, используемых в качестве источников энергии основных и вспомогательных агрегатов в системах транспортного и промышленного назначения, является актуальной проблемой. Основной способ повышения эффективности — оптимизация режимных и геометрических параметров турбин. Однако ввиду многообразия схемных решений при проектировании возникает проблема выбора рационального варианта турбины c определенными сочетаниями исходных данных и рассчитанных параметров. В научной литературе этот вопрос проработан довольно слабо, поэтому предложен сравнительный анализ эффективности наиболее распространенных типов турбин — одноступенчатых осевых и радиальных центростремительных и центробежных — на основании статистического анализа накопленного экспериментального материала с учетом последних данных об энергетической эффективности турбин сверхмалой мощности. Проведенный анализ позволил построить обобщенные характеристики турбин в виде зависимостей мощностного КПД от параметра нагруженности турбины. Характеристики учитывают возможный разброс значений КПД, обусловленный влиянием ряда геометрических и режимных параметров на эффективность рабочего процесса. Расчетно-экспериментальным путем обоснована практическая целесообразность применения любого типа турбины в области рабочих режимов по параметру нагруженности Yт. Отмечена перспективность дальнейшего повышения эффективности этих турбин, особенно осевого типа. Показаны преимущества двухступенчатых схем над одноступенчатыми. Сделан вывод о целесообразности исследований и применения двухступенчатых осевых, центробежных и осецентробежных турбин сверхмалой мощности в составе турбоагрегатов.

Литература

[1] Григорьев В.А., Радько В.М., Калабухов Д.С. Анализ состояния проблемы повышения эффективности турбоприводов сверхмалой мощности и пути ее решения. Авиационно-космическая техника и технологии, 2010, № 7, с. 168–172.

[2] Кузнецов Ю.П., Кузнецова Т.Ю. Согласование параметров неавтономного пневматического привода с гидравлическими характеристиками подводящей системы. Энергетические установки и теплотехника. Сб. тр. Н. Новгород, НГТУ, 2010, с. 86–94.

[3] Быков Н.Н., Емин О.Н. Выбор параметров и расчет маломощных турбин для привода агрегатов. Москва, Машиностроение, 1972. 228 с.

[4] Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. Москва, Машиностроение, 1979. 192 с.

[5] Калабухов Д.С., Григорьев В.А., Радько В.М. Оптимальное проектирование турбин сверхмалой мощности в системе турбопривода. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2014, № 5 (47), ч. 2, с. 189–200.

[6] Калабухов Д.С., Григорьев В.А., Радько В.М. Формирование метода выбора рациональных значений параметров турбины сверхмалой мощности в системе турбопривода. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2014, № 5 (47), ч. 2, с. 207–216.

[7] Григорьев В.А., Радько В.М., Калабухов Д.С. Выбор диапазонов и уровней варьирования факторов плана эксперимента при испытаниях одноступенчатых турбин сверхмалой мощности. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2011, № 6, с. 92–105.

[8] Матвеев В.Н., Мусаткин Н.Ф. Совместное влияние эффективного угла и величины горла на эффективность соплового аппарата центростремительной микротурбины. Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей, 1992, с. 80–84.

[9] Тихонов Н.Т., Пфайфле Э.Э. Совместное влияние высоты лопаток соплового аппарата и степени парциальности на экономичность осевой микротурбины. Известия вузов. Проблемы энергетики, 1989, № 3, с. 105–106.

[10] Матвеев В.Н., Мусаткин Н.Ф. Экспериментальное определение влияния фактора масштабности на КПД микротурбин. Изв. вузов. Авиационная техника, 1997, № 2, с. 65–69.

[11] Епифанов А.А., Кириллов А.И., Рассохин В.А. Расчет характеристик лопаточных решеток малорасходных турбин. Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2012, вып. 1, с. 50–55.

[12] Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. Москва, Машиностроение, 1986. 376 с.

[13] Мусаткин М.Ф., Радько В.М. К вопросу распределения теплоперепада в двухступенчатых осевых малоразмерных турбинах со ступенями давления. Известия вузов. Авиационная техника, 2003, № 3, с. 40–42.

[14] Семашко П.В. Аэродинамическое совершенствование малоразмерных турбин с целью повышения эффективности пневмоприводов. Автореф. дис. … канд. техн наук. Санкт-Петербург, 1994. 17 с.

[15] Шаблий Л.С. Определение параметров потока за рабочим колесом микротурбинного привода. XXXIV Гагаринские чтения. Науч. тр. Междунар. молодеж. конф. Москва, 1–5 апреля 2008, Москва, МАТИ, 2008, т. 8, ч. II, с. 62–64.