Главная » Учебные материалы » Технические науки » Диссертации » СПбПУ Петра Великого » Аспирантура и докторантура » Кандидатские диссертации » Совершенствование осевых турбинных ступеней на основе численного моделирования нестационарного аэродинамического взаимодействия лопаточных венцов.
Для студентов СПбПУ Петра Великого по предмету Технические наукиСовершенствование осевых турбинных ступеней на основе численного моделирования нестационарного аэродинамического взаимодействия лопаточных венцов.Совершенствование осевых турбинных ступеней на основе численного моделирования нестационарного аэродинамического взаимодействия лопаточных венцов.
2023-02-01СтудИзба

Совершенствование осевых турбинных ступеней на основе численного моделирования нестационарного аэродинамического взаимодействия лопаточных венцов.

Описание

Актуальность проблемы. Повсеместное и широчайшее применение турбин, турбоустановок в качестве приводов электрогенераторов на тепловых и атомных электростанциях обусловлено их высокой удельной мощностью, низкой по сравнению с другими типами тепловых двигателей металлоемкостью и высоким КПД. При обтекании рабочим телом лопаточных венцов турбинных ступеней, ввиду наличия у лопаток толщины и протяженности, в потоке возникают неравномерности физических параметров – скорости, давления, углов потока и т.д. При относительном движении смежных лопаточных решеток (направляющей и рабочей, неподвижной и вращающейся) происходит их периодическое аэродинамическое взаимодействие (периодическая суперпозиция неравномерных полей, создаваемых в потоке данными решетками), меняется распределение давлений на выпуклой и вогнутой стороне лопаток, что вызывает переменность аэродинамических сил, действующих на рабочие лопатки, и вынужденные колебания последних. Две сложные инженерные задачи, связанные с наличием нестационарности, и которые приходится решать на этапе проектирования и доводки турбинных ступеней, можно сформулировать следующим образом: 1) обеспечение вибрационной надежности рабочих лопаток, колебания которых под действием переменных аэродинамических сил (ПАС) могут сопровождаться усталостными поломками, усталостными трещинами, что особенно актуально для последних ступеней газовых турбин; 2) обеспечение высокого КПД турбин и турбинных ступеней в условиях нестационарности потока и генерации дополнительных потерь кинетической энергии (КЭ). Указанные проблемы сформировались уже в прошлом столетии и многократно привлекали внимание проектировщиков турбин и ученых. Это объясняется тем, что, несмотря на трудности анализа повреждений лопаток турбины из-за множества влияющих факторов, наиболее часто поломки РЛ оценивают как вибрационные. (Автор данного исследования принимал участие в работе над публикациями, посвященными усталостным испытаниям образцов материалов рабочих лопаток [8] и численному моделированию усталостных трещин в лопатках [10]). Несмотря на значительное количество научных исследований, посвященных изучению нестационарных процессов в турбинах, из-за сложности теоретического и экспериментального изучения многие возникающие при проектировании турбин вопросы и задачи остаются без ответа. Это, во-первых, сведения об уровне действующих на лопатки переменных аэродинамических нагрузок (особенно РЛ) и влияние определяющих их факторов. Во-вторых, оценка уровней дополнительных потерь кинетической энергии и снижения КПД турбинной ступени. В настоящее время многие исследования проводятся не только экспериментальными методами, но и методами численного моделирования. Моделирование трехмерных нестационарных течений с помощью современных программных пакетов вместе с необходимым тестированием с помощью физических экспериментов является современным направлением исследования нестационарных процессов в турбомашинах. Настоящее исследование проводилось с использованием программного CFD-комплекса ANSYS CFX. Представленная диссертация посвящена решению указанных выше инженерных задач (вибрационная надежность и КПД турбин), что и определяет ее актуальность.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы – на основе численного исследования аэродинамических характеристик турбинных ступеней выработать рекомендуемые диапазоны относительных геометрических параметров – как с точки зрения снижения возбуждающих вибрации лопаток нестационарных нагрузок, так и с точки зрения минимизации потерь кинетической энергии (т. е. максимизации уровня внутреннего КПД турбины). Основные задачи исследования состоят в нижеследующем: • проведение численного исследования влияния относительной высоты лопаток на уровень и расфазировку переменных аэродинамических сил, действующих на рабочую лопатку (ПАС РЛ) по ее высоте (2-я и 3-я глава); • проведение численного исследования влияния отношения шагов РЛ/НЛ 2 1 t t / на уровень ПАС РЛ и на энергетические характеристики ступени (4-я глава); • проведение численного исследования влияния окружного сдвига НЛ-2 относительно НЛ-1 1 t t / на уровень ПАС РЛ и энергетические характеристики полуторной ступени (5-я глава); • проведение численного исследования влияния режимов работы ступени на уровень ПАС РЛ и на энергетические характеристики ступеней, сравнение полученных результатов с опубликованными ранее экспериментальными и расчетными данными (6-я глава).
Научная новизна работы состоит в том, что на основе численного моделирования стационарного и нестационарного течений в турбинных ступенях выработаны и уточнены рекомендуемые для проектирования ступеней диапазоны безразмерных геометрических параметров, а именно: • оптимальный диапазон отношений шагов рабочих и направляющих лопаток 2 1 t t / (с точки зрения вибрационной надежности РЛ); • приводящая к повышению лопаточного КПД и в то же время оптимальная с точки зрения вибрационной надежности РЛ величина углового сдвига НЛ2 1 t t / в полуторных осевых ступенях; • оптимальный диапазон межвенцовых осевых зазоров (с точки зрения минимума ПАС и соответственно максимальной вибрационной надежности РЛ). По результатам численного моделирования, автором также выполнено: • исследование влияния режима работы (характеризуемого величиной u/C0) на уровень переменных аэродинамических нагрузок, действующих на РЛ, на примере двух вариантов турбинной ступени мощной ГТУ V84.3; • исходя из опубликованных данных, впервые выполнено построение распределений размахов и фаз погонных окружных ПАС вдоль высоты РЛ на примере ступени СПбПУ-1 и двух вариантов ступени ГТУ V84.3
Практическое значение полученных результатов: • Результаты и методы исследования могут быть использованы при оценке влияния нестационарности течений на аэродинамические, силовые и энергетические характеристики ступеней турбин на этапе проектирования с использованием численных методов. • Получены рекомендуемые для проектировщиков турбин диапазоны безразмерных геометрических параметров ступеней (с точек зрения минимума ПАС РЛ и максимума КПД): отношений шагов 2 1 t t / ; окружных сдвигов НЛ2 1 t t / , а также чисел u/C0.
Апробация работы: • Научные конференции с международным участием «Неделя науки СПбПУ» – декабрь 2015, 2016, 2017, 2018, 2019г., Санкт-Петербург • XXXIX Всероссийская конференция по проблемам науки и технологий, 11-13 июня 2019 года в г. Миассе Челябинской обл. • IX Молодежная международная научно-практическая конференция «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность», 19-21 мая 2021 г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 14 статьях, из них 12 входят в РИНЦ, из них 6 – в ВАК сборниках, из них 2 – в ВАК сборниках по специальности 05.04.12.
Личный вклад соискателя заключается в: • выполнении обзора литературы и анализе литературных источников; • проведении численного исследования влияния отношений 2 1 t t / , 1 t t / на уровень переменных аэродинамических нагрузок РЛ и энергетические характеристики ступени СПбПУ-осевая-1; • проведении численного исследования влияния относительной длины лопаток, и отношения u/C0 на ПАС РЛ и энергетические характеристики ступени V84.3A; • анализе и сравнении полученных численных результатов с опубликованными ранее экспериментальными и расчетными данными.
На защиту выносятся: • результаты исследования влияния отношения шагов 2 1 t t / на уровень ПАС РЛ, потери кинетической энергии и КПД для ступени СПбПУ-осевая-1; • результаты исследования влияния окружного сдвига НЛ2 1 t t / на уровень ПАС РЛ, потери КЭ и КПД для полуторной ступени СПбПУ-осевая-1; • результаты исследования влияния относительной высоты рабочей лопатки на распределение размахов и фаз ПАС по длине РЛ для ступени СПбПУосевая-1 и двух вариантов ступени V84.3.
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, списка обозначений, 6 глав, заключения и списка литературы. Текст изложен на 133 страницах, диссертация содержит 94 рисунка, 5 таблиц, список использованных литературных источников, включающий 78 наименований.

Файлы условия, демо

Автореферат.pdf

Характеристики диссертации

Учебное заведение
Просмотров
1
Покупок
0
Размер
7,15 Mb

Список файлов

  • Диссертация.pdf 7,15 Mb
Картинка-подпись
Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
Начать зарабатывать

Комментарии

Поделитесь ссылкой:
Цена: 700 руб.
Расширенная гарантия +3 недели гарантии, +10% цены
Рейтинг-
0
0
0
0
0
Поделитесь ссылкой:
Сопутствующие материалы
Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5161
Авторов
на СтудИзбе
438
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее