Виявлення впливу шорсткості та радіального зазору на характеристику осьового багатоступеневого компресора

Abstract

Експлуатація газотурбінних двигунів неодмінно призводить до збільшення шорсткості лопаткових вінців та радіального зазору в багатоступеневому осьовому компресорі. Наслідком цього є погіршення його термогазодинамічних параметрів. Причиною збільшення шорсткості лопаткових вінців та радіального зазору можуть слугувати різні фактори: засмічення проточної частини компресора (налипання та осадження пилу на поверхні лопаток), ерозія внаслідок потрапляння твердих піщинок в проточну частину та ін. Предметом дослідження є термогазодинамічні процеси в проточній частині багатоступеневого осьового компресора за наявності зносу проточної частини. Метою роботи є розробка методики прогнозування та дослідження впливу шорсткості поверхонь лопаткових вінців та збільшеного радіального зазору на сумарну характеристику багатоступеневого осьового компресора. В якості об'єкта дослідження використано дванадцятиступеневий осьовий компресор, направляючі апарати перших чотирьох ступенів і вхідний направляючий апарат є регульованими залежно від частоти обертання. В результаті наведено залежності, що дозволяють дослідити вплив шорсткості поверхонь лопаткових вінців та збільшеного радіального зазору на сумарну характеристику багатоступеневого осьового компресора. Виконано розрахунок характеристики осьового багатоступеневого компресора з моделюванням різного рівня шорсткості та збільшеного радіального зазору в порівнянні з вихідними його значеннями та отримані кількісні показники зміни термогазодинамічних параметрів та характеристики компресора при зміні шорсткості (ks = 3 мкм, ks = 20 мкм, ks = 40 мкм) та радіального зазору (Δr=1%, Δr=2%, Δr=5%). Наукова та практична новизна отриманих результатів полягає в наступному: проведено удосконалення методу розрахунку термогазодинамічних параметрів та характеристики осьового багатоступеневого компресора, яке дозволяє оцінювати вплив шорсткості поверхонь лопаткових вінців та збільшеного радіального зазору; отримано нові дані щодо зміни характеристики компресора при різному рівні шорсткості та величині радіального зазору.

The operation of gas turbine engines inevitably increases the blade roughness and tip clearance in multistage axial compressors. The result is an increase in its thermogasodynamic parameters. The reason for the increase in the roughness of the blades and the tip clearance can be various factors: clogging of the flow part of the compressor (adhesion and deposition of dust on the surface of the blades), erosion due to the arrival of hard sand grains in the flow part, etc. The subject of this study is thermogasodynamic processes in the flow part of a multistage axial compressor, based on the presence of flow part removal. The goal is to develop a methodology for forecasting and researching the influence of the blade surface roughness and increased tip clearance on the overall characteristics of a multistage axial compressor. A twelve-stage axial compressor was used as the research object. The guiding vanes of the first four stages and the inlet guiding vanes depend on the rotation frequency. As a result, it was not possible to investigate the influence of the surface roughness of the blades and the increased tip clearance on the overall characteristics of the multistage axial compressor. The calculation of the characteristics of an axial multistage compressor with simulation of different levels of roughness and increased tip clearance in comparison with its initial values and obtained several indicators of changes in thermogasodynamic parameters and characteristics of the compressor with changes in roughness (ks = 3 μm, ks = 20 μm, ks = 40 μm) was performed. and tip clearance (Δr=1%, Δr=2%, Δr=5%). The scientific and practical novelty of the obtained results arises from the following: the method of calculating the thermogasdynamic parameters and characteristics of an axial multistage compressor has been improved, which makes it possible to evaluate the effect of the roughness of the surfaces of the blades and the increased tip clearance; new data were obtained regarding the change in the compressor characteristics at different levels of roughness and the size of the tip clearance.