Получение уравнения для вычисления профильных потерь в венце осевой турбины при проектном расчете

Авторы

Батурин О. В.^*, Колмакова Д. А.^**, Попов Г. М.^***, Матвеев В. Н.^****

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: oleg.v.baturin@gmail.com
**e-mail: kolmakova.daria@gmail.com
***e-mail: popov@ssau.ru
****e-mail: valeriym2008@rambler.ru

Аннотация

В статье предлагается способ оценки моделей потерь, основанный на статистическом анализе отклонения данных расчета от экспериментальных. Показано, что данные отклонения подчиняются нормальному закону распределения и могут быть описаны величиной математического ожидания  и среднеквадратического отклонения  .

На основании статистического анализа результатов сравнения данных экспериментов с расчетами профильных потерь с помощью наиболее известных моделей, проведенного для 170 решеток осевых турбин, отражающих многообразие турбин авиационных ГТД, было установлено, что наилучшей моделью для описания профильных потерь является модель ЦИАМ. С вероятностью 95% она показывает отклонение от действительных значений потерь −8±84%.

На основании анализа природы профильных потерь и с применением методов математической оптимизации, опираясь на указанные статистические критерии, было предложено уравнение, которое позволяет определить профильные потери осевой турбины точнее, чем существующие моделей. С вероятностью 95% она показывает отклонение от действительных значений потерь 10±61%. При этом новое уравнение позволяет учесть большее число факторов влияющих на величину потерь.

Ключевые слова

осевая турбина, профильные потери, математическая статистика, модель

Библиографический список

1. Wei N. Significance of Loss Models in Aerothermodynamics Simulation for Axial Turbines. Doctoral Thesis, 2000, KTH ISBN 91-7170-540-6, available at: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.12.5487&rep=rep1&type=pdf

2. Dahlquist A.N. Investigation of Losses Prediction Methods in 1D for Axial Gas Turbines. Thesis for the Degree of Master of Science Division of Thermal Power Engineering, Lund Institute of Technology Lund University, Sweden, 2008, available at: https://lup.lub.lu.se/luur/download?func=downloadFile&recordOId=1423748&fileOId=1423797

3. Horlock J.H. Axial Flow Turbines, Butterworths, UK, 1965, 268 p.

4. Ainley D.G., Mathieson G.C.R. An Examination of the Flow and Pressure Losses in Blade Rows of Axial-Flow Turbines. Reports & memoranda, no. 2891, British ARC, 1955, available at: http://www.aerade.aero/reports/arc/rm/2891.pdf

5. Dunham J., Came P.M. Improvements to the Ainley / Mathieson Method of Turbine Performance Prediction // ASME Journal of Engineering for Power, 1970, vol. 92, no. 3, pp. 252 – 256.

6. Венедиктов В.Д., Грановский А.В. Атлас экспериментальных характеристик плоских решеток охлаждаемых газовых турбин. – М.: ЦИАМ, 1990. – 393 с.

7. Авиационные двигатели и силовые установки / Под ред. А.И. Ланшина. – М.: ЦИАМ им. П. И. Баранова, 2010. – 536 с.

8. Kacker S.C., Okapuu U. A Mean Line Prediction Method for Axial Flow Turbine Efficiency // ASME Journal of Engineering for Power, 1982, vol. 104, no. 2, pp. 111 – 119.

9. Абианц В.Х. Теория газовых турбин реактивных двигателей. – М.: Машиностроение, 1979. – 246 с.

10. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. – Самара: Изд-во Самарского государственного аэрокосмического университета, 2003. – 344 с.

11. Denton J.D. Loss Mechanisms in Turbomachines // Journal of Turbomachinery, 1993, vol. 115, no. 4, pp. 621 – 656.

12. Lewis R.I. Turbomachinery performance analysis, Elsevier Science & Technology Books, 1996, 329 p.

13. Гусаров С.А. Оценка канальных потерь в решетках осевых малоразмерных турбин // Труды МАИ. 2012. № 53. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29397

14. Сигма Технология. Программный комплекс IOSO NM, available at: http://www.iosotech.com/ru/ioso_nm.htm

15. Egorov I.N., Kretinin G.V., Leshchenko I.A., S.V Kuptzov. IOSO Optimisation Toolkit – Novel Software to Create Better Design // 9th AIAA/ISSMO Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimisation, 04 – 06 Sep. 2002, Atlanta, Georgia, doi.org/10.2514/6.2002-5514

16. Dennis B.H., Egorov I.N., Sobieczky H., Dulikravich G.S., Yoshimura S. Parallel Thermoelasticity Optimization of 3-D Serpentine Cooling Passages in Turbine Blades // ASME Turbo Expo 2003. Turbine Technical Conference and Exposition, June 16–19, 2003, Atlanta, Georgia, USA, ASME Paper No. GT2003-38180.

17. Komarov O.V. Sedunin V.A., Blinov V.L. Application of Optimisation Techniques for New High-Turning Axial Compressor Profile Topology Design // ASME Turbo Expo 2014. Turbine Technical Conference and Exposition, June 16–20, 2014, Düsseldorf, Germany, ASME Paper No. GT2014-25379.

18. Батурин О.В., Попов Г.М., Горячкин Е.С., Смирнова Ю.Д. Перепрофилирование трехступенчатого осевого компрессора с помощью методов математической оптимизации // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=58712

19. Marchukov E.Yu., Egorov I.N. Gas Dynamic Modernization of Axial Uncooled Turbine by Means of CFD and Optimization Software // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 28–30 September 2017, Samara, Russia, vol. 302 (1), article number 012027.

20. Marchukov E.Yu., Egorov I.N., Popov G.M., Baturin O.V., Goriachkin E.S., Novikova Y.D., Kolmakova D.A. Gas Improving of the working process of axial compressors of gas turbine engines by using an optimization method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 28–30 September 2017, Samara, Russia, vol. 232 (1), article number 012041.

Скачать статью