Матвеев, Юрий Владимирович. Совершенствование малорасходных турбин конструкции ЛПИ для турбодетандерных электроустановок газораспределительных станций на основе экспериментальных методов

Краткое описание

Матвеев, Юрий Владимирович. Совершенствование малорасходных турбин конструкции ЛПИ для турбодетандерных электроустановок газораспределительных станций на основе экспериментальных методов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.12 / Матвеев Юрий Владимирович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. политехн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2012.- 172 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/479

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреиадение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАЛОРАСХОДНЫХ ТУРБИН КОНСТРУКЦИИ ЛПИ ДЛЯ ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ
Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки
ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

На правах рукописи

Матвеев Юрий Владимирович
Научный руководитель д.т.н., проф. В.А. Рассохин
Санкт-Петербург
2012

СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения, индексы и сокращения 3
У ведение 7
Глава 1 Обзор и состояние развития современных малорасходных
турбин 11
1.1 Обзор малорасходных турбин
1.2 Обоснование применения мрт конструкции лпи 19
Глава 2 Математическая модель расчёта сверхзвуковой одноступенчатой турбины конструкции лпи и моделирование турбинной ступени 23
2.1 Математиская модель расчёта сверхзвуковой одноступенчатой турбины конструкции ЛПИ 23
2.2 Алгоритм расчёта ступени газовой турбины 24
2.3 Моделированиеступени турбины 41
Глава 3 Численное моделирование аэродинамического поля потока в осевой турбинной ступени ЛПИ 45
3.1 Метод численного моделирования 45
3.2 Геометрия модельной турбины 46
3.3 Построение геометрической модели 48
3.4 Расчётная сетка 51
3.5 Физические свойства рабочего тела 52
3.6 Граничные условия 53
3.7 Модель турбулентности 53
3.8 Выполнение расчёта 54
3.9. Анализ результатов расчёта 54
3.10 Структура поля потока в сопловом аппарате 55
3.11 Структура поля потока в рабочем колесе 75
3.12 Окружной КПД ступени 93
3.12.1 Характеристики соплового аппарата 96
3.12.2 КПД ступени 97
3.13 Оценка осевой силы 100
2

3.14 Мощность модельной турбины 101
3.15 Результаты численного моделирования аэродинамического поля потоков
осевой турбинной ступени 102
Глава 4 Экспериментальный стенд, экспериментальная установка, объекты исследования, методики проведения и обработки экспериментальных данных малорасходных турбин конструкции ЛИИ 104
4.1 Объекты исследования 104
4.1.1 Экспериментальная расширительная турбина конструкции ЛПИ осевого типа 105
4.1.2 Расширительная турбина конструкции ЛПИ центростремительного
типа 111
4.2 Методика проведения и обработки экспериментальных данных 114
4.2.1 Материально-техническая база для проведения модельных и натурных исследований 114
4.3 Методы измерения и приборы 125
4.4 Обработка опытных данных 126
4.4.1 Методика обработки опытных данных при определении коэффициентов потерь и других газодинамических параметров малорасходной турбины 131
4.4.2 Оценка погрешности суммарных характеристик турбинных
ступеней 137

Список литературы

Заключение
1. В результате выполненной диссертационной работы разработаны и экспериментально исследованы модельные турбины конструкции ЛПИ для применения их в микротурбодетандерных на следующие модельные параметры Р0=0,247 МПа, Т0=320 К, п=26100 об/мин, G=0,067 кг/с. Уровень КПД в варианте МРТ с РК без бандажа составил 59% при и/Со=0.45, а с РК с бандажом 67.5% при и/Со=0.455.
2. Выполнено моделирование параметров натурных микротурбодетандерных генераторов на основе малорасходных турбин конструкции ЛПИ для их исследования на воздухе на стендах СПбГПУ.
3. Разработка математической модели расчёта сверхзвуковых одноступенчатых турбин конструкции ЛПИ для диапазона изменения параметров щ = 2...5, Mci=1...2, ТО = 288...350К.
4. Проведён численный эксперимент в трёхмерной постановке модельной малорасходной турбины конструкции ЛПИ с целью изучения физической картины течения рабочего тела в проточной части и оценки характеристик малорасходной турбины.
5. Выполнено обобщение экспериментальных характеристик исследованных МРТ разного типа с целью использования таких турбин в микротурбодетанденрых генераторах.
6. Разработаны рекомендации по проектированию турбин для микротурбодетандерного генератора на основе малорасходных турбин конструкции ЛПИ
7. Создана экспериментальная база и методика проведения и обработки экспериментальных данных для исследования малорасходных турбин конструкции ЛПИ для повышения их экономичности и надёжности в составе микротурбодетандерных генераторов.