В работе обосновано применение выхлопных и переходных диффузоров для повышения эффективности газотурбинных установок и снижения уровня шума, производимого ими. Представлена оценка методов повышения эффективности выхлопных и переходных диффузоров газотурбинных промышленных установок и сформулирована задача математического моделирования течения в коническом диффузоре с высокой степенью расширения и углом раскрытия больше критического со стабилизацией течения тангенциальным закрученным вдувом.
газотурбинная установка, аэродинамический шум, диффузор, закрутка потока, коэффициент повышения давления, степень торможения, тангенциальный вдув, угол раскрытия диффузора.
1. Введение
В настоящее время все более широкое распространение получают газотурбинные энергетические установки (ГТУ) малой и средней мощности блочномодульного исполнения. Основой для их создания чаще всего служат конвертированные авиационные и транспортные газотурбинные двигатели, особенностью которых является значительная расходная скорость при выходе из турбины (CT = 180–250 м/с) [1–3], а для двухконтурных тригенерационных установок, созданных на базе авиационных двигателей с малой степенью двухконтурности m = 0,3–1,0 (отношением расхода воздуха во втором контуре к расходу через газогенератор), еще и за компрессором низкого давления [4, 5]. Столь высокие скорости приводят, с одной стороны, к большим потерям энергии в выхлопном устройстве, а с другой — к высокому уровню шума, генерируемого вытекающей струей, величина которого оценивается зависимостью [6, 7]:
LP =80lgCT + 20lg FT + 10lgFT − K,
где: ρT — плотность газа за турбиной, FT — площадь выходного сечения турбины, K — параметр, определяемый температурой струи (для высокотемпературных струй K = 44 дБ, для низкотемпературных — K = 57 дБ).
1. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных двигателей и установок: Учебник для вузов / Ю.С. Елисеев, Э.А. Манушин, В.Е. Михальцев и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.
2. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / И.П. Деменчонок, Л.Н. Дружинин,А.Л. Пархомов и др. Под ред. С.М. Шляхтенко и В.А. Сосунова. - М.: Машиностроение, 1979. 432 с.
3. Иноземцев А.А. Энергетические и промышленные газотурбинные установки на базе авиационных ТРДД ОАО «Авиадвигатель». Принципы конвертации // Тяжелое машиностроение. 2009. № 9. С. 2.
4. Varaksin A.Yu., Arbekov A.N., Inozemtsev A.A. The Trigeneration Cycle as a Way to Create Multipurpose Stationary Power Plants Based on Conversion of Aeroderivative Turbofan Engines. Doklady Physics, 2014, Vol. 59, No. 10, pp. 495-497. © Pleiades Publishing, Ltd., 2014.
5. Arbekov A.N., Varaksin A.Yu., Inozemtsev A.A. Influence of the ByPass Ratio of a Basic Turbofan Engine on the Possibility of Creating Aeroderivative Trigeneration Power Plants // High Temperature, 2015, Vol. 53, No. 6, pp. 899-903. © Pleiades Publishing, Ltd., 2015
6. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / С.И. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. - М.: Высш. Шк., 1991. - 319 с.
7. Тупов В.Б. Снижение шумового воздействия от оборудования в энергетике - М.: 2004 г. - 258 с.
8. Giampaolo A. Gas Turbine Handbook: Principles and Practices Third Editions 2006 by The Fairmont Press. 451 p.
9. Веревкин Н.Н., Лашков А.И. О способах уменьшения потерь давления в диффузорах с большими углами раскрытия. // Пром. Аэродинамика. - 1956. № 7. С. 175-178.
10. Франкфурт М.О. Экспериментальное исследование характеристик конических диффузоров с тангенциальным сдувом. // Промышленная аэродинамика. - 1 (33): Машиностроение, - 1986. - С. 156-168.
11. Мигай В. К., Гудков Э.И. Проектирование и расчет выходных диффузоров турбомашин. Л.: Машиностроение. 1981. 272 с.
12. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. - М: Энергия, 1970. - 384 с.
13. Осипов М.И., Арбеков А.Н. Результаты экспериментального исследования течения в диффузоре с закруткой потока вдувом газа // Газотурбинные и комбинированные установки. - Москва, 1987. - С. 30-31.
14. Osipov M.I., Arbekov A.N. Investigation of turbulent structure and stability of flow in conical wide-angle diffusers with tangential swirling injection //4th World conference on experimental heat transfer, fluid mechanics and thermodynamics. Brussels. 1997.
15. Waitman B.A., Reneau L.R., Kline S.I. Effects of inlet conditions on performance of two - dimensional subsonic diffusers // ASME, Jour. of Basic Engineering. 1961. № 9. P. 349-360.
16. Senoo Y., Kawaguchi N., Nagata T. Swirl Flow in Conical Diffusers // Bull. JSME. - 1978. Vol. 21. № 151. P. 112-119.
17. Gibson A. On the Flow of Water through pipes and passages having converging, or diverging boundaries // Proceedings of the Royal Society, Engineering, London, 1912. vol. 83. p. 137-141.
18. Nicoll W.B., Ramaprian B.R. Performance of conical diffusers with annular injection at inlet //ASME, Jour. of Basic Engineering. 1970. № 12. P. 827-835.
19. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турболентном пограничном слое. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 320 с.
