Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine engineering and technologies Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine engineering and technologies Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология 2073-1574 2225-0352 33617 10.24143/2073-1574-2019-4-89-95 СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ SHIP POWER PLANTS AND PROPULSION SYSTEMS СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ Three dimensional gas-dynamic calculation of nozzle block of small flow-rate centripetal turbine Трехмерный газодинамический расчет соплового аппарата малорасходной центростремительной турбины Крюков Алексей Алексеевич Kriukov Aleksei Alekseevich dsl918@ya.ru Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет Владивосток Россия Far Eastern State Technical Fisheries University Vladivostok Russian Federation 4 89 95 https://vestnik.astu.ru/en/nauka/article/33617/view

Малорасходные турбины – это надёжные производительные малогабаритные приводы различных агрегатов и устройств. Опыт производства и применения малорасходных ступеней турбин заставляет выдвигать цель по повышению эффективности и одновременном упрощении и удешевлении технологии изготовления лопаток и ступени в целом. Повышение эффективности малорасходных турбин требует решения задачи аэродинамического совершенствования проточной части и расчётного определения оптимальной геометрии и режимов работы потока рабочего колеса. Одним из инновационных путей повышения эффективности проектирования малорасходных турбин является автоматизация процесса разработки с использованием современных систем моделирования на основе разработанных про-граммных комплексов. В силу малоразмерности конструкции до настоящего времени проектировочные расчёты турбинных ступеней этого типа производились в одномерной постановке с привлечением различного рода аналогий с классическими ступенями. Использование трёхмерных газодинамических расчётов на основе платформы ANSYS CFX позволит существенно повысить качество проектирования проточных частей малорасходных турбин. Выполнение трёхмерного газодинамического расчёта соплового аппарата с использованием программного комплекса ANSYS CFX малорасходной турбинной ступени позволяет решить данную проблему. Геометрическая модель построена с использованием AutoCAD, выбрана сетка, заданы граничные условия. Проведено сравнение значений экспериментальных коэффициентов скорости соплового аппарата, скорости в горловине и тангенциальной составляющей скорости на выходе из соплового аппарата с полученными коэффициентами при использовании программного комплекса. Построены поля скоростей и сделаны выводы о целесообразности использования программного комплекса ANSYS CFX для определения основных параметров трёхмерного потока турбинной ступени.

The article describes the low-consumption turbines as reliable, productive, small-sized actuating mechanisms in various units and machines. Experience in production and use of low-cost turbine stages contributes to improving the efficiency along with simplifying and re-ducing the cost of manufacturing of the blades and the stage in general. Improving the efficiency of low-consumption turbines requires solving the problem of aerodynamic improvement of the flow part and the calculated determination of the optimal geometry and operating modes of the impeller flow. One of the innovative ways to improve the design efficiency of low-consumption turbines is the automation of the development process using modern modeling systems based on the developed software systems. Due to the small size of the design, the design calculations of turbine stages of this type have been made in a one-dimensional formulation with the involvement of various analogies with classical stages. Using three-dimensional gas dynamic calculations based on the ANSYS CFX platform will significantly improve the quality of design of flow parts of low-flow turbines. Implementation of three-dimensional gas-dynamic calculation of the nozzle unit using the software package ANSYS CFX low-consumption turbine stage can solve this problem. The geometric model is built using AutoCAD software, the grid is selected, the boundary conditions are set. The values of the experimental coefficients of the nozzle velocity, neck velocity and the tangential component of velocity at the nozzle outlet have been compared with the coefficients obtained when using the software package. There have been built the velocity fields and made conclusions about feasibility of using the ANSYS CFX software package to determine the main parameters of a three-dimensional flow of the turbine stage.

 малорасходные турбины морская энергетика геометрическая модель численный эксперимент расчётная сетка low-consumption turbines marine power engineering geometric model numerical experiment computational mesh

Чехранов С. В. Малорасходные турбины безвентиляционного типа: основы построения, математические модели, характеристики и обобщения: автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 1999. 33 с. Chekhranov S. V. Maloraskhodnye turbiny bezventilyacionnogo tipa: osnovy postroeniya, matematicheskie modeli, harakteristiki i obobshcheniya: avtoreferat dis. … d-ra tekhn. nauk [Low-consumption turbines of fanless type: construction principles, mathematical models, characteristics and generalizations: diss. abstr. dr. tech. sci.]. Moscow, 1999. 33 p. Епифанова В. И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа. М.: Машиностроение, 1984. 376 с. Epifanova V. I. Kompressornye i rasshiritel'nye turbomashiny radial'nogo tipa [Compressor and ex-pansion turbomachines of radial type]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1984. 376 p. Себелев М. В., Забелин Н. А., Раков Г. Л., Рассохин В. А., Себелев А. А., Смирнов М. В. Исследование особенностей течения в малорасходных турбинных ступенях конструкции ЛПИ // Науч.-техн. вед. Санкт-Петербург. гос. политехн. ун-та. 2013. № 1 (166). С. 45-53. Sebelev M. V., Zabelin N. A., Rakov G. L., Rassohin V. A., Sebelev A. A., Smirnov M. V. Issledovanie osobennostej techeniya v maloraskhodnyh turbinnyh stupenyah konstrukcii LPI [Studying flow characteristics in small flow-rate turbine stages of LPI design]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta, 2013, no. 1 (166), pp. 45-53. Сулинов А. В., Шаблий Л. С. CFD-моделирование автономных осевых турбин турбонасосных агрегатов ЖРД в ANSYS CFX: электрон. метод. указания. Самара, 2012. 47 с. URL: https://docplayer.ru/43390028-Cfd-modelirovanie-avtonomnyh-osevyh-turbin-turbonasosnyh-agregatov-zhrd-v-ansys-cfx.html (дата обращения: 10.06.2019). Sulinov A. V., Shablij L. S. CFD-modelirovanie avtonomnyh osevyh turbin turbonasosnyh agregatov ZHRD v ANSYS CFX: elektronnye metodicheskie ukazaniya [CFD modeling of autonomous axial turbines of turbopump liquid propellant engines in ANSYS CFX: e-guidelines]. Samara, 2012. 47 p. Available at: https://docplayer.ru/43390028-Cfd-modelirovanie-avtonomnyh-osevyh-turbin-turbonasosnyh-agregatov-zhrd-v-ansys-cfx.html (accessed: 10.06.2019).