Влияние осевого зазора на уровень нестационарных сил, приложенных к рабочим лопаткам трансзвуковой ступени турбины

Yu.P. Kukhtin, V.M. Lapotko

Анотація


Для уменьшения вибронапряжений, возникающих в рабочих лопатках турбин при резонансных возбуждениях, вызванных частотой прохождения лопаток соплового аппарата, необходимо контролировать уровень аэродинамических возбуждающих сил. Наличие сверхзвуковых скоростей за сопловым аппаратом турбины приводит к возникновению в межвенцовой области ступени турбины скачков давления, которые взаимодействуя со входными кромками рабочих лопаток и вязкими закромочными следами, существенно изменяют характер аэродинамических сил, действующих на лопатки в дозвуковом потоке. В представленной работе исследовано влияние осевого зазора ступени трансзвуковой турбины на уровень нестационарных аэродинамических сил, действующих на рабочие лопаткам (РЛ) с частотой zСА∙fn, где fn -частота вращения ротора, zСА - количество лопаток соплового аппарата (СА). Объектом для исследований служила ступень турбины высокого давления, содержащая 28 сопловых и 84 рабочих лопатки. Для данной геометрии была проведена серия расчетов при одних и тех же граничных условиях для различных величин осевого зазора Δz. Представленные результаты получены на основе численного моделирования вязкого нестационарного течения газа в ступени трансзвуковой турбины с помощью домашнего кода SUnFlow. Получена нелинейная зависимость динамических нагрузок на рабочие лопатки от величины зазора, обусловленная сложной картиной взаимодействия закромочных следов и ударных волн в зазоре между венцами. Проведен анализ полученных результатов и сравнение с результатами исследований других авторов. Показано, что уровень амплитуды возмущающей силы зависит не только от скорости потока в сопле, но и от сложившейся конфигурации скачков, спутных следов и потенциального возмущения в осевом зазоре ступени. Показана зависимость возмущающей силы, действующей на лопатку, от окружного распределения полной энергии в рабочем колесе турбины. Выяснено, что является причиной перераспределения полной энтальпии в рабочем колесе. Для подтверждения полученных результатов необходимо проведение дальнейших численных и экспериментальных исследований


Ключові слова


осевой зазор1; возбуждающая сила2; ударная волна3; нестационарное течение4

Повний текст:

PDF


Адреса редакції журналу:
Редакція журналу «ВД», Національний університет "Запорізька політехніка", 
вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, 69063, Україна. 
Телефон: 0 (61) 228-16-27, 769-82-69
E-mail: vd@zntu.edu.ua

При повному або частковому використаннi матерiалiв посилання на журнал є обов’язковим.