Распределение коэффициента эквивалентной диффузорности в компрессоре низкого давления газотурбинного двигателя ДГ90

Abstract

В приближении пространственно-временной периодичности приведены результаты численного интегрирования уравнений Навье-Стокса и k-ε-модели турбулентности по программе CFX в каждом лопаточном венце компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя ДГ90 (UGT15000) производства УССР. Вблизи номинальной частоты вращения построены изодромы и вычислены адиабатные КПД каждой ступени и углы входа/выхода потока воздуха. На среднем радиусе определены коэффициенты затраченной работы и расхода воздуха. Установлено, что причина провала КПД последней ступени связана с низким значением проектной реактивности (≈0,5), приводящей к сильной закрутке потока при выходе и большим потерям в спрямляющем аппарате при развороте потока в осевом направлении. Для определения потенциала модернизации лопаточного аппарата выполнен расчет радиальных распределений коэффициента эквивалентной диффузорности. Показано, что наибольшие потери полного давления находятся в направляющих аппаратах 9-й, 8-й, 5-й ступени и в рабочих лопатках 9-й ступени. Относительно высокие потери также диагностируются в верхней половине пера направляющих лопаток 4-й, 3-й, 2-й ступени и нижней половине рабочих лопаток 1-й ступени. Выявленный потенциал увеличения эффективности КНД – до 2%, с сохранением исходной конструкции корпуса и барабана.

With spatial and temporal periodicity approach the results of steady state CFD simulation of compressible air flow in each blade-to-blade row of low pressure compressor (LPC) of the UGT15000 gas turbine engine (Ukrainian SSR constr. and prod.) are presented. Near the nominal rotation speed compressor map and adiabatic efficiency of each stage and the flow angles at leading and trailing blade edges are predicted and calculated. At the average radius stage flow and stage load coefficients are determined. It has been established that the reason of the low efficiency of the last stage is associated with the low stage reaction (≈0.5) leading to high airflow swirling at outlet. For LPC optimization a calculation of the radial distributions of the equivalent diffuser coefficient was performed. It is shown that the greatest total pressure losses are in the stator rows of stages 9, 8, 5 and in the rotor rows of stage 9. High losses are also shown on the upper half of the 4th, 3rd, 2nd stator blades and the lower half of the 1st rotor blades. The identified potential for increasing the efficiency of the LPC is up to 2% without significant construction changes.