Efficiency of gas axial small turbine impellers

Abstract

Область применения турбин, имеющих проточную часть с критически малыми размерами из-за ограниченного массового расхода газа – приоритетное направление развития науки, техники и технологий в Российской Федерации, относится к так называемым критическим технологиям. Именно поэтому, мы полагаем, что результаты исследования, приведенные в статье, представляют большой интерес для конструкторов, участвующих в разработке турбин, массогабаритные свойства которых строго лимитированы. Цель настоящего исследования – разработать рекомендации для определения оптимального значения углов установки входных кромок лопаток рабочего колеса в зависимости от угла натекания потока на них, а также числа Маха при выходе из него газа, вычисленного по теоретическим параметрам. Впервые разработана математическая модель для прогнозирования показателя эффективности рабочих колес (коэффициент скорости), которая позволяет не только определять текущие значения коэффициента скорости в области проведенного исследования, но и выполнять оптимизационные вычисления. В работе применен феноменологический подход, включающий экспериментальные исследования и численный эксперимент. Основной результат настоящей статьи – получена математическая модель и определены оптимальные сочетания исследованных параметров, а также предпочтительное значение степени реактивности. Погрешности определения коэффициента скорости: 8,3 % (относительная) и 0, 051 (абсолютная). The field of application of turbines with flow part with critically small dimensions due to the limited mass flow rate of gas belongs both to the priority directions of development of science, engineering and technology in the Russian Federation, and to the critical technologies. In this regard, the results of the study presented in the article are of great interest for designers involved in the development of turbines, the mass-size properties of which are strictly limited. The aim is to develop recommendations for determining the optimum value of installation angles of inlet edges of impeller blades depending on the flow inlet angle and Mach number at the outlet, calculated according to theoretical parameters. The novelty can be attributed, developed a mathematical model for predicting the efficiency indicator of impellers (speed factor), which allows to determine (in the area of the study) not only the current values of the speed factor, but also to carry out optimization calculations. The work applies a phenomenological approach, including experimental research and numerical experiment. As a result of the work, a mathematical model and certain optimal combinations of the studied parameters, as well as the preferred value of the reactivity degree were obtained. The error in determining the rate coefficient is 8.3 % (relative) and 0, 051 (absolute).