Совершенствование венцов последней ступени газовой турбины для минимизации отрывных зон на поверхностях диффузора

Андрей Владимирович Грановский; Игорь Валентинович Афанасьев; Людмила Ивановна Бекренева

doi:10.34831/EP.2023.1107.10.001

Совершенствование венцов последней ступени газовой турбины для минимизации отрывных зон на поверхностях диффузора

Андрей Владимирович Грановский, Игорь Валентинович Афанасьев, Людмила Ивановна Бекренева

Аннотация

Диффузоры газовых турбин можно разделить на два типа. Первый тип -- это кольцевой диффузор с центральным телом, которое распространяется от начала до конца диффузора. Учитывая протяжённость такого диффузора, обычно в нём располагаются два ряда силовых стоек: первый -- недалеко от последней рабочей лопатки турбины, а второй -- недалеко от выхода из диффузора. Поскольку силовые стойки являются источниками дополнительных потерь в диффузоре, то часто используют другой тип диффузора, который состоит из двух частей -- за последней ступенью турбины расположен кольцевой диффузор с силовыми стойками и центральным телом, а за центральным телом начинается конический диффузор (вплоть до выхода). От формы выходной части центрального тела диффузора зависит характер течения за центральным телом. Либо это течение с внезапным расширением после торцевой формы выходной части центрального тела, либо плавное торможение потока вдоль заостряющейся выходной части центрального тела диффузора. При таком диффузоре, с одной стороны, уменьшается количество рядов стоек, однако, с другой стороны, появляется донная область за центральным телом, которая может отрицательно влиять на процесс торможения потока в диффузоре.

Рассматривается влияние распределения параметров потока за последней ступенью турбины на особенности структуры потока и характеристики части диффузора, состоящей из кольцевого диффузора с одним рядом силовых стоек и центрального тела, распределения параметров потока за последней ступенью турбины.

Ключевые слова

отрывные зоны в диффузоре, венцы последней ступени турбины, восстановление давления в диффузоре

Полный текст:

PDF

Литература

Kline, S.J. Optimum Design of Straight-Walled Diffusers [Text] / S.J. Kline, D.E. Abbot, R.W. Fox // ASME J. Basic Ing. – 1959. -- 81. -- P. 321 -- 330.

Sovran, G. Experimentally Determined Optimum Geometries for Rectilinear Diffusers With Rectangular, Conical or Annular Cross-Section [Text] / G. Sovran, E. Klomp // Fluid Dynamics of Internal Flow. -- 1967. – P. 271 -- 319.

Дейч, М.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин [Текст] / М.Е. Дейч, А.Е. Зарянкин. -- М.: Энергия, 1970.

Hirschmann, A. The Influence of the Total Pressure Profile on Performance of Axial Gas Turbine Diffusers [Text] / A. Hirschmann, S. Volkmer, M. Schatz, C. Finzel, M. Casley, M. Montgomery // ASME. -- Paper GT 2010-22481. -- P. 11.

Opilat, V. The Effect of the Operating Conditions of the Last Turbine Stage on the Performance of an Axial Exhaust Diffuser [Text] / V. Opilat, J. Seume // ASME. -- Paper GT 2011-45668. -- P. 10.

Vassiliev, V. Impact of the Inflow Conditions on the Heavy-Duty Gas Turbine Exhaust Diffuser Performance [Text] / V. Vassiliev, S. Irmisch, S. Abdel-Wahab, A. Granovskiy // ASME Journal of Turbomachinery. – 2012. -- Vol. 134, No. 4. -- P. 041018-1 -- 041018-9.

Семакина, Е.Ю. Результаты экспериментальных и численных исследований аэродинамических характеристик системы «Ступень -- Диффузор» ГТЭ-65 [Текст] / Е.Ю. Семакина, В.А. Черников, Р.Е. Кириченко, М.Г. Черкасова // Сб. докладов на LXVII сессии научно-технической сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научно-технические проблемы широкого парименения газотурбинных и парогазовых установок в электроэнергетике РФ». – 2020. – С. 81 -- 90.

Drechsel, B. Influence of Turbulent Flow Characteristics and Coherent Vortices on the Pressure Recovery of Annular Diffuser. Part B: Scale-Resolving Simulations [Text] / B. Drechsel, C. Muller, F. Herbst, J.R. Seume // Proc. ASME Turbo Expo. – 2015. -- June 15 – 19. -- GT2015-42477. – P. 13.

Thomas, R. Influence of Tip Jet Mass Flow and Blowing on the Performance of an Axial Diffuser at Different Inlet Total Pressure Profiles [Text] / R. Thomas, M. Schatz, B. Kuschel, S. Brouwer, F.M. Pradeep, D. Vogt, B. Roy // ASME. -- Paper GT 2015-443427. -- P. 12.

Mihailivitsch, M. Numerical Investigation of an Axial Exhaust Diffuser Coupling the Last Stage of a Generic Gas Turbine [Text] / M. Mihailivitsch, M. Schatz, D.M. Vogt // ASME. -- Paper GT 2018-75185. – P. 13.

Del Greco, F.S. Design, Testing, and Performance Impact of Exhaust Diffuser in Aero-Derivative Gas Turbines for Mechanical Drive Application [Text] / F.S. Del Greco, T. Jurek, D. Di Benedetto, V. Michelassi, G. Ragni, E. Beghini, M.V. Borghesi // ASME. -- Paper GT2019-91262. -- P. 14.

Грановский, А.В. Особенности проектирования последней ступени турбины 65.1 с целью улучшения характеристик диффузора [Текст] / А.В. Грановский, И.В. Афанасьев, Л.И. Бекренева, Н.И. Фокин, М.Г. Черкасова // Электрические станции. – 2023. -- № 5. – С. 17 -- 26. – (doi: 10.34831/EP.2023.1102.5.003).

Вокин, Л.О. Влияние закрутки лопаток последней ступени на эффективность блока «ступень -- диффузор» стационарной ГТУ [Текст] / Л.О. Вокин, Е.Ю. Семакина, В.А. Черников // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. -- 2021. -- Т. 23, № 4. -- С. 84 -- 95. – (doi:10.30724/1998-9903-2021-23-4-84-95).

Krupa, V.G. Simulation of steady and unsteady viscous flows in turbomachinery [Text] / V.G. Krupa // AGARD lecture series. -- 1994. – No. 198. -- LS-198. – P. 7-1 -- 7-39.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.1107.10.001