Efficiency of the radial-axis turbine of a combined marine diesel engine depending on the selected value of the calculated degree of reactivity

Abstract

Цель настоящей работы – определение уровня и характера влияния расчетного значения степени реактивности, задаваемой на начальном этапе проектирования, на геометрические характеристики и эффективность радиально-осевой турбины. На основе метода расчета турбинной ступени проведены исследования на среднем радиусе меридионального сечения (в обратной постановке). В статье представлены полученные расчетным путем геометрические характеристики турбин для режимного параметра И1/Сад =0,7 при следующих значениях степени реактивности (р ): 0,40; 0,45; 0,50; 0,55 и 0,60. Анализ выявил необходимость увеличения высоты лопаток рабочего колеса во входном сечении и ее уменьшения на выходе при увеличении расчетного значения степени реактивности. Для выявления уровня эффективности рассмотренных турбин применен метод расчета на среднем радиусе в прямой постановке. Система уравнений дополнена (замкнута) эмпирическими зависимостями, которые позволяют определять уровень потерь кинетической энергии потока в проточной части турбин. Результаты расчета, представленные в статье, показали, что наилучшим уровнем KПД обладает турбина, спроектированная на расчетное значение степени реактивности р = 0,4. С учетом этого аналогичное исследование произведено для следующего ряда значений режимного параметра: И1/Сад = 0,65; 0,60 и 0,55. Установлено, что и в этих случаях наибольшей эффективностью обладают турбины, которые имеют расчетные значения степени реактивности меньше 0,4 в сравнении со значениями, указанными выше, а именно для параметра И1/Сад , она составляет 0,35; 0,30 и 0,25 соответственно. Адекватность метода расчета турбинной ступени на среднем радиусе и правомочность использования эмпирических зависимостей для определения потерь кинетической энергии потока в проточной части турбин были подтверждены сравнением рассчитанных результатов с экспериментальными характеристиками турбины турбокомпрессора TKP-14С-27. The purpose of the work is to determine the degree and nature of influence of the calculated value of reactivity degree, set at the initial stage of design, on the geometrical characteristics and efficiency of the radial-axis turbine. The research was conducted based on the method of calculating the turbine stage, on the average radius of meridional section in the inverse formulation. The paper presents the results in the form of calculated geometric characteristics of turbines for the following values of the mode parameter И1/Сад =0,7 at the following values of reactivity degree ( р ) - 0,40; 0,45; 0,50; 0,55 and 0,60. The analysis has revealed the necessity to increase the height of impeller blades in the inlet section and to decrease it at the outlet at increase of calculated value of reactivity degree. In order to reveal efficiency level of the considered turbines the method of calculation on average radius in direct statement has been applied. The system of equations was supplemented (closed) by empirical dependencies, which allow determining the level of losses of kinetic energy of the flow in the flowing part of the turbines. The calculation results, presented in the article, showed that the best level of efficiency has the turbine, designed for the calculated value of reactivity degree р =0.4. Taking this into account, a similar study was made for the following series of values of the mode parameter И1/Сад = 0.65; 0.60 and 0.55. It has been found that in these cases, too, the turbines that have calculated reactivity degree values less than 0.4 in comparison with the values specified above, namely, for the parameter И1/Сад , specified earlier, it is 0.35; 0.30 and 0.25, respectively, have the greatest efficiency. The adequacy of the method of calculation of the turbine stage at the mean radius and the eligibility of using empirical dependencies for determining the loss of kinetic energy of the flow in the turbine flow area have been confirmed by comparing the calculated results with the experimental characteristics of the turbine of turbocharger TKP-14C-27.