Радиально-осевой осесимметричный канал проточной части турбомашины Советский патент 1993 года по МПК F04D29/54 

Изобретение относится к области промышленной аэродинамики, в частности к устройствам для организации формы и направления движения потока воздуха гидротурбо- машин и вентиляторов.

Предлагаемое устройство позволяет снизить аэродинамические потери путем повышения обтекаемости и уменьшения вихреобразования потока за счет выбора относительного радиуса кривизны внутрен- ней образующей канала во взаимосвязи с двумя геометрическими параметрами.

Для этого профиль воздушного канала предлагаемого устройства выполнен с учетом одновременно трех геометрических пара- метров п(гц), г, D, оказывающих значительное влияние на его аэродинамическую характеристику и связанных зависимостью:

Ј-А

7Ь ,

где Л - коэффициент взаимосвязи;

п - отношение площадей входного отверстие к выходному (степень сужения кон- фузора);

г - относительное значение радиуса кривизны внутренней образующей канала;

D - относительная радиальность канала;

а,Ь,с - коэффициенты, характеризующие степень взаимовлияния параметров n,r,D;

Ј- коэффициент гидравлического сопротивления.

На фиг.1 показаны конструктивные элементы предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример предлагаемого устройства, разрез; на фиг.З - схема радиально-осевого осесимметричного устройства.

Радиально-осевое осесимметричное устройство содержит внутреннюю 1 и внешнюю 2 криволинейные стенки (образующие) канала и воздушный канал 5. Стенки могут быть соединены элементами,выполненными в виде ребер жесткости или лопаток радиального направляющего аппарата (РИА) 3, либо лопаток осевого направляющего аппарата (ОНА) 4. Во всех случаях радиус кривизны внутренней образующей выполнен величиной, зависимой от выбранных геометрических параметров п и D (1), Среднее значение коэффициентов зависимости (1) получено для чисел Рейнольдса от 1,2 10 до 4,0 10 при эквивалентной шероховатости образцов ,15...0.3 и составило ,0115, а-2,928, ,926 и ,286,

Пределы относительных величин параметров исследуемых радиал ьно-осевых устройств составили п от 1,2 до 2,5; 7 от 0,054

5

Ю

1520

25

30

35

40

45

50

до 0,152; 0 от 1,3 др 1,39. Это значит, что устройства имели следующие основные раз- меры; .2-2,5)F,r0(0,054-0,152)0 и DB(1,3-139)D, здесь FB п ра Ь0, F- лг() /4,.3M const, ,46м.

Формирование канала.

В зависимости от назначения устройства, количества протекающего воздуха Gair. т.е. после проектирования рабочего колеса (вентилятора, турбомашин и т.п.), определяют значения D,d,F,Re.

Исходя из конструктивных требований, т.е. наличия места на машине, двигателе, выбирают значения параметра входа DB и, задавшись значением п, определяют FB и bo. Затем, выбрав значение радиуса кривизны внутренней образующей канала г0. определяют безразмерные величины г и D и по уравнению (1) находят значение коэффициента сопротивления Ј , который должен изменяться в пределах 0,024...0,5.31. Как показал опыт, значение Ј уменьшается с увеличением конструктивных элементов г0. n,DB. Следовательно, оптимизация формы канала осуществляется с одной стороны наличием возможности увеличения указанных конструктивных элементов и величиной Ј, которая должна стремиться к min. Таким образом, определены осжэвные конструктивные размеры канала п, г, D, но не построена внешняя образующая канала.

Построение внешней образующей канала.

В основу расчета проточной части радиально-осевого осесимметричного устройства положены два известных для прямолинейных каналов принципа:постоянного полного давления и линейно изменяющаяся площадь проходнрго сечения вдоль канала. Это означает, что площадь проходного сечения вдоль канала в первом случае должна изменяться таким образом, чтобы сохранилось постоянство полного давления вдоль него, т.е. AP const, во втором случае - линейно уменьшаться для конфузорного и увеличиваться для диффузорного канала.

Относительная площадь fi (фиг.З) определится:

для первого случая

55

f:

1

)

для второго случая

f,K-(К-1) /

где I -длина прямолинейного и криволинейного участков канала от входа В-В до выхода А-А, замеренная по внутренней образующей, м;

li - расстояние между сечением В-В и 1-м сечением, замеренное по внутренней образующей, м;

...Ю - число участков, на которое разбивается внутренняя образующая

TrFi /F,

где FI - кольцевая проходная площадь в 1-м сечении, м2.

Для построения внешней образующей канала необходимо в каждом 1-м сечении меридиональной плоскбсти определить ширину канала {диаметр di).

Из геометрии канала в меридиональной плоскости

FI -лDcpi di ,

где Dcpi - средний диаметр кольцевой поверхности криволинейного канала, м.

Dcpn DB-2li - на прямолинейном участке

канала, Dcpi D0-2(r0+ у) xsln fi - на

криволинейном участке канала. Здесь fi - текущий угол, под которым расположены расчетные сечения (лучи), град;

D0 D+ 2г0 - диаметральный размер между центрами радиуса кривизны внутренней образующей, м.

Ширина канала в 1-м сечении определится:

для прямолинейного участка

dm -

nl я(Ов-21|)

для криволинейного участка

Использование: проточные части турбо- машин. Сущность изобретения: радиально- осевой осесимметричный канал проточной части турбомашины содержит внутреннюю и внешнюю криволинейные стенки 1 и 2. Габаритные размеры канала в меридиональном сечении определяются из следующей математической зависимости: Ј А па г 0е, где А - коэффициент

dri

U - IQ slnyi ± У(1о -lo slnyi)2 -4 л sin yi .Fi 2jts ny

где L0 я Do и I л r0.

Длина внутренней образующей определится как сумма длин двух участков: прямолинейного ,5 DB-{CK2ro) и криволинейного

Л Г0

Здесь у° - центральный

360°

угол криволинейного участка внутренней образующей.

Внешняя образующая Ad В представляет собой плавную кривую, проведенную касательно к полученным окружностям. Таким образом,зависимость (1) позволяет получить форму проточной части радиально-осевого осесимметричного конфузорного устройства с взаимосвязанными размерами трех основных геометрических элементов, обеспечивающих минимальные гидравлические потери Ј в исследуемых интервалах факторов и при числе Рейнольдса Re- 4 105, что приводит к повышению коэффициента полезного действия (КПД) агрегата, например вентилятора.

.

25

30

Формула изобретения Радиально-осевой осесимметричный канал проточной части турбомашины, содержащий внутреннюю и внешнюю криволинейные стенки, отличающийся тем, что, с целью снижения аэродинамических потерь, габаритные размеры канала в меридиональном сечении определяются из следующей математической зависимости:

-па

7b-Dc,

где А - коэффициент (0,0115);

Ј- коэффициент гидравлического сопротивления;

п - отношение площадей входного отверстия к выходному;

г - относительное значение радиуса кривизны внутренней образующей канала; D - относительная радиальность канала; а.Ь.с - коэффициенты, характеризующие степень взаимовлияния параметров п, , D (,928: .926; ,268)