Calculation characteristics of radial-axis turbines

Abstract

Работа актуальна в свете создания высокоэффективных газовых радиально-осевых турбин для судовых двигателей, приводных двигателей для турбонаддува, ручного пневмоинструмента и других механизмов. Кроме того, такие турбины могут использоваться как самостоятельные двигатели для генерации электроэнергии как в стационарных электростанциях, так и в турбогенераторах для децентрализованного и аварийного электроснабжения. В статье авторы предлагают расширить математическую модель для определения характеристик турбин, рассчитанных для среднего радиуса, используя одномерное квазистационарное приближение и полуэмпирические функции. Эти функции позволяют учесть потерю кинетической энергии в процессе течения газа. Таким образом, можно расчетным путем определять газодинамические характеристики турбин. В работе также представлена методика расчета потерь энергии в межлопаточных каналах турбин на основе аналитического обзора. Для проверки адекватности вычисленных характеристик, последние были сравнены с экспериментальными результатами динамических испытаний турбин, работающих в составе турбокомпрессоров: высокий наддув ТКР-14В-30, средний наддув ТКР-14С-28, ТКР-14С-27, ТКР-14С-26, низкий наддув ТКР-14Н-8А2, ТКР-14Н-9А21. В результате работы представлена модель расчета турбины, которая учитывает потери энергии на среднем радиусе с помощью эмпирических зависимостей. Представленная статья представляет собой разработку адекватной модели для расчета газовых турбин, основанную на среднем радиусе и учитывающую потери энергии с использованием эмпирических зависимостей. The work is relevant in the light of the creation of highly efficient gas radial-axial turbines for marine engines, drive engines for turbocharging, manual pneumatic tools and other mechanisms. In addition, such turbines can be used as independent engines for generating electricity both in stationary power plants and in turbo generators for decentralized and emergency power supply. In the article, the authors propose to expand the mathematical model for determining the characteristics of turbines calculated for the average radius using a one-dimensional quasi-stationary approximation and semi-empirical functions. These functions allow us to take into account the loss of kinetic energy during the gas flow. Thus, it is possible to calculate the gas dynamic characteristics of turbines. The paper also presents a method for calculating energy losses in the inter-blade channels of turbines based on an analytical review. To verify the adequacy of the calculated characteristics, the latter were compared with experimental results of dynamic tests of turbines operating as part of turbochargers: high boost TKR-14V-30, medium boost TKR-14C-28, TKR-14C-27, TKR-14C-26, low boost TKR-14N-8A2, TKR-14N-9A21. As a result of the work, a turbine calculation model is presented, which takes into account energy losses at an average radius using empirical dependencies. The presented article is the development of an adequate model for calculating gas turbines based on the average radius and taking into account energy losses using empirical dependencies.