УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБТЕКАНИЯ ЛОПАТОК ЛОПАТОЧНОГО ДИФФУЗОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 2024 года по МПК G01M15/14 G06G7/57 F04D29/54 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится устройствам, предназначенным для наглядных демонстраций и исследований аэродинамики профилей, и может быть использовано для проведения лабораторных работ и опытов по изучению структуры течения в межлопаточных каналах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известна установка, содержащая встроенный в аэродинамический канал осевой вентилятор, включающий электропривод и рабочее колесо с лопатками, на поверхности которых наклеены отдельные полосы лакмусовой бумаги, а также устройство для ввода в поток, обдувающий рабочее колесо, раствора со щелочными или кислотными свойствами (SU 1328585, 21.10.1985).

Так же известна установка, содержащая рабочее колесо, установленное в прозрачном корпусе, электродвигатель, вал которого соединен с рабочим колесом, систему визуализации течения, состоящую из бака с красящей жидкостью и каналов для подвода красящей жидкости к рабочему колесу, пульт управления частотой вращения рабочего колеса, соединенного с электродвигателем, видеокамеру, отличающаяся тем, что установлена рама, выполненная в виде прямоугольника, в верхней части которой установлен расходный бак, при этом прозрачный корпус рабочего колеса выполнен в виде цилиндра, а поверхность исследуемого рабочего колеса дренирована отверстиями диаметром 1 мм, к которым из бака с красящей жидкостью по трубопроводам, расположенным вдоль вала вращения и во втулке рабочего колеса, подводится подкрашивающая жидкость, прозрачный корпус рабочего колеса установлен между двумя цилиндрами, диаметры которых соответствуют диаметру прозрачного корпуса рабочего колеса, видеокамера установлена на штативе, который закреплен на валу электродвигателя, расходный бак соединен с нижней частью нижнего цилиндра трубопроводом, содержащем расходомер, перекачивающий насос и фильтр (RU 125338, 07.11.2011).

Кроме того, из уровня техники известно устройство для определения параметров течения в компрессоре, содержащее малоинерционные датчики (3) давления и датчики (4, 5) частоты следования лопаток рабочего колеса компрессора, установленные над рабочим колесом (2) компрессора, насадки (6) для измерения пульсаций полного и статического давлений, установленные перед компрессором и за компрессором, блок (7) визуализации результатов измерения, блок (8) синхронного ввода и регистрации результатов измерения, блок (9) обработки результатов измерения, который включает блок (10) определения мгновенных изолиний статического давления в каждом межлопаточном канале периферийного сечения рабочего колеса компрессора, блок (11) обработки мгновенных значений амплитуд сигналов датчиков частоты следования лопаток, блок (12) определения пульсаций приведенной скорости потока, блок (13) построения изолиний полного и статического давления, блок (14) частотного анализа пульсаций давления, блок (15) определения осредненных значений давления, скорости, амплитуд сигналов датчиков частоты следования лопаток, и блок (16) визуализации результатов обработки, при этом насадки (6) для измерения пульсаций полного и статического давлений соединены с блоком (8) синхронного ввода и регистрации результатов измерения, который соединен с блоком (9) обработки результатов измерения, и все блоки соединены с блоком (16) визуализации результатов обработки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит насадок (17) для измерения пульсаций полного и статического давлений, установленный за рабочим колесом, устройства (18) для измерения пульсаций температуры, установленные за рабочим колесом, перед компрессором и за компрессором, блок (19) вторичной обработки пульсаций температуры, блок (20) определения скорости потока в абсолютном движении, блок (21) определения мгновенных значений коэффициента полезного действия (КПД), при этом насадок (17) для измерения пульсаций полного и статического давлений и устройства (18) для измерения пульсаций температуры соединены с блоком (7) визуализации результатов измерения, блоком (8) синхронного ввода и регистрации результатов измерения и через блок (9) обработки результатов измерения с блоком (16) визуализации результатов обработки, при этом блок (8) синхронного ввода и регистрации результатов измерения через блок (19) вторичной обработки пульсаций температуры соединен с блоком (20) определения скорости потока в абсолютном движении и блоком (21) определения мгновенных значений коэффициента полезного действия (КПД), причем блок (20) определения скорости потока в абсолютном движении соединен с блоком (12) определения пульсаций приведенной скорости потока, а блок (21) определения мгновенных значений коэффициента полезного действия (КПД) соединен с блоком (16) визуализации результатов обработки (RU 2309390, 18.04.2006)

Недостатком известных решений является сложность конструкции и отсутствие возможности наглядных демонстраций и исследований аэродинамики профилей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в предоставлении новой установки с упрощенной конструкцией, улучшенной визуализацией и повышенной точностью получения данных.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении степени визуализации процессов при демонстрации и исследовании аэродинамики профилей с одновременным повышением точности получения данных.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата предлагается установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора, содержащая преобразователь частоты, выполненный с возможностью подключения к источнику питания, асинхронный двигатель электрически соединенный с преобразователем частоты, центробежный вентилятор, расположенный на асинхронном двигателе, и размещающийся в улитке центробежного вентилятора, секцию хонейкомбов, жестко соединенную с улиткой центробежного вентилятора, основной рабочий участок, представляющий собой полый прозрачный корпус, жестко соединенный с секцией хонейкомбов, в котором размещаются секционные модельные лопатки диффузора, выполненные с возможностью размещения в специальных пазах, расположенных в измерительных плоскостях, чувствительных элементов цифровых термоанемометров.

Также установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора может представлять собой установку, в которой все элементы установки размещены на монтажном стенде.

Кроме того, установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора может представлять собой установку, в которой секционные модельные лопатки диффузора выполнены составными из элементов различной толщины.

Также установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора может представлять собой установку, в которой составные элементы секционных модельных лопаток диффузора, выполнены с возможностью размещения на них датчиков давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания изобретения специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема изобретения. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

На Фиг. 1 изображен общий вид установки.

ОПИСАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним из критических узлов маломощных замкнутых газотурбинных установок, предназначенных для энергоснабжения автономных потребителей, во многом определяющим их эффективность является центробежный компрессор. Особый интерес представляет исследование диффузорных течений в проточной части центробежного компрессора маломощной замкнутой газотурбинной установки (ЗГТУ). Кроме течения в рабочем колесе, серьезное влияние на эффективность центробежного компрессора оказывает течение в лопаточном диффузоре, для исследования которого предполагается использовать заявленную установку.

Как показано на Фиг. 1 установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора содержит преобразователь частоты 1, асинхронный двигатель 2, центробежный вентилятор 3, улитку центробежного вентилятора 4, секцию хонейкомбов 5, основной рабочий участок 6, секционные модельные лопатки диффузора 7, пазы 8 для перестановки лопаток по углам атаки. Кроме того, установка содержит цифровые термоанемометры, устанавливаемые в двух измерительных плоскостях А-А и Б-Б, которые представляют собой секции хонейкомбов и на выход из основного рабочего участка. При этом все основные элементы установки могут быть размещены на монтажном стенде, в свою очередь, каждый из элементов установки жестко фиксируется на стенде винтами, исключая возможность их смещения во время работы установки.

Установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора питается от внешнего источника питания, который подводится к преобразователю частоты 1. Как видно на Фиг. 1 преобразователь частоты 1 электрически соединен с асинхронным двигателем, таким образом, при подключении преобразователя частоты 1 к источнику питания, можно осуществлять регулировку частоты вращения асинхронного двигателя 2.

При этом асинхронный двигатель 2 приводит в движение центробежный вентилятор 3, который располагается в улитке центробежного вентилятора 4. Центробежный вентилятор 3 приводит в движение рабочую среду, которой в предпочтительном варианте является воздух, но не ограничиваясь этим.

Как показано на Фиг. 1 улитка центробежного вентилятора 4 соединена с секцией хонейкомбов 5, которая в свою очередь соединена с основным рабочим участком 6. При этом соединение улитки центробежного вентилятора 4 с секцией хонейкомбов 5 и соединение секции хонейкомбов 5 с основным рабочим участком 6 выполнено через жесткое герметичное соединение, которое дополнительно может содержать уплотнительный материал стыков, посредством винтов или заклепок.

Основной рабочий участок 6 представляет собой полый прозрачный корпус, в котором размещаются модельные лопатки диффузора 7, размещающиеся в пазах 8, за счет впрессовывания в них, для перестановки лопаток по углам атаки, и служащие для выравнивания и успокаивания потока рабочей среды, проходящего от центробежного вентилятора 3 и секцию хонейкомбов 5 в основной рабочий участок 6. При этом диагностику потока в основном рабочем участке 6 возможно осуществлять методом цифровой трассерной визуализации, при котором основным этапом является работа с изображениями, а корректность результатов напрямую зависит от качества полученных изображений. На снимках должны четко наблюдаться отдельные частицы или однородные структуры-скопления частиц. Также следует свести к минимуму засветку, затенение, размытие областей кадра и прочие негативные явления, ведущие к частичной утере информативности кадра. Для обеспечения вышеуказанных условий основной рабочий участок 6 выполнен прозрачным, предпочтительно из прозрачного оргстекла, таким образом, может быть достигнута максимальная визуализация процессов, подлежащих демонстрации и исследованию, в том числе осуществление диагностики полей скорости на базе вычислительного алгоритма. Кроме того, одним из требований применения оптической диагностики потока является качественная физическая визуализация основного рабочего участка для чего используется малоинерционные частицы-капли глицерина, полученные при помощи дымогенератора.

Модельные лопатки диффузора 7 выполнены составными из элементов различной толщины. При этом, по необходимости составные элементы секционных модельных лопаток диффузора 7 оснащаются дополнительными датчиками давления и устанавливаются в плоскости измерений.

При демонстрации и исследовании измерения проводятся при помощи цифровых термоанемометров, установленных в двух измерительных плоскостях А-А и Б-Б, в секции хонейкомбов и на выходе из основного рабочего участка, которые в свою очередь выполнены с возможностью регистрации и передачи данных.

Как следует из вышесказанного, установка для исследования обтекания модели лопаточного диффузора центробежного компрессора работает следующим образом. После подключения преобразователя частоты 1 к источнику питания, асинхронный двигатель 2 приводит в движение центробежный вентилятор 3, который в свою очередь направляет рабочую среду через улитку центробежного вентилятора 4, в секцию хонейкомбов 5, проходя через первый цифровой термоанемометр, и далее в основной рабочий участок 6, где рабочая среда входит в контакт с модельными лопатками диффузора 7, размещенными в пазах 8, и выходит из основного рабочего участка 6, проходя через второй цифровой термоанемометр.

Изобретение относится устройствам, предназначенным для наглядных демонстраций и исследований аэродинамики профилей при проведении лабораторных работ и опытов по изучению структуры течения в межлопаточных каналах. Установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора содержит преобразователь частоты, асинхронный двигатель, электрически соединенный с преобразователем частоты; центробежный вентилятор, размещающийся в улитке центробежного вентилятора; секцию хонейкомбов, жестко соединенную с улиткой центробежного вентилятора; основной рабочий участок, представляющий собой полый прозрачный корпус, жестко соединенный с секцией хонейкомбов, в котором размещаются секционные модельные лопатки диффузора, цифровые термоанемометры, выполненные с возможностью размещения в измерительных плоскостях в секции хонейкомбов и на выходе из основного рабочего участка. Технический результат - повышение наглядности процессов при демонстрации и исследовании аэродинамики профилей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора, содержащая

преобразователь частоты, выполненный с возможностью подключения к источнику питания;

асинхронный двигатель, электрически соединенный с преобразователем частоты;

центробежный вентилятор, расположенный на асинхронном двигателе и размещающийся в улитке центробежного вентилятора;

секцию хонейкомбов, жестко соединенную с улиткой центробежного вентилятора;

основной рабочий участок, представляющий собой полый прозрачный корпус, жестко соединенный с секцией хонейкомбов, в котором размещаются секционные модельные лопатки диффузора, выполненные с возможностью размещения в пазах;

цифровые термоанемометры, выполненные с возможностью размещения в измерительных плоскостях в секции хонейкомбов и на выходе из основного рабочего участка.

2. Установка для исследования обтекания лопаток лопаточного диффузора центробежного компрессора по п. 1, в которой все элементы установки размещены на монтажном стенде.