Стенд для моделирования проточной части турбомашин

 

СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМАШИН, содержащий модель исследуемой области, выполненную из электропроводной бумаги , расположенной на рабочей панели стенда, установленные на электропроводной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидальный трансформатор , размещенный в центре модели исследуемой области перпендикулярно к рабочей панели стенда, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем воспроизведения течения жидкости в слое переменной толщины , модель исследуемой области выполнена многослойной, а в стенд дополнительно введены штыревые электроды , вакуумная камере, в дне которой размещены штуцеры, и магнитные пластины, установленные на поверхности модели исследуемой области, в местах сопряжения слоев электропроводной бумаги, рабочая панель стенда JK выполнена в виде сегментов из магнитомягкого материала, в которых выпол1 нены отверстия, в отверстиях раз- .|(iii мещены одни концы штыревых электро- . дов, другие концы которых закрепле- , S ны в воздушной камере.

728 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 06 G 7/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21)3290091/18-24 (22)27.05.81 (46) 23.12.83. Бкл. В 47 (72)A.0. Дитман, Н.Г. Крившич и В.A. Шерстюков (71)Ленинградский институт водного транспорта, Производственное объединение "Невский завод" им.Б.И.Ле.нина и Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53)681.333(088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

В 321827, кл. G 06 G 7/44, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

В 459781, кл. G 06 G. 7/44, 1973 (прототип) . (54)(57) СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМА)))ИН, содержащий модель исследуемой области, выполненную из электропроводной бумаги, располокенной на рабочей панели стенда, установленные на электропро1 водной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидальный трансформатор, размещенный в центре модели исследуемой области перпендикулярно к рабочей панели стенда, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем воспроизведения течения кидкости в слое переменной толщийы, модель исследуемой области выполнена многослойной, а в стенд дополнительно введены штыревые электроды, вакуумная камере, в дне которой размещены штуцеры, и магнитные пластины, установленные на поверхности модели исследуемой области. в местах сопряжения слоев электропро- Е водной бумаги, рабочая панель стенда выполнена в виде сегментов из магнитомягкого материала, в которых выцол иены отверстия, в отверстиях размещены одни концы штыревых электродов, другие концы которых закрепле-, Я ны в воздушной камере.

1062728

Изобретение относится к аналого-; . вой вычислительной технике и предназначено для исследования течений в проточной части лопаточных турбомашин. ь

Известно устройство для моделирования потока в отдельных или нескольких последовательно расположенных элементах, обеспечивающее сохранение целостности модели. В устройстве используется плоская камера, в которой установлен штуцер для откачки воздуха, в отверстиях днища плоской камеры укреплены штыревые электроды, выступающие над рабочей панелью и обеспечивающие контакт с модельк из электропроводной бумаги (1 .

Однако с помощью такого устройства можно моделировать течение толь- ко на однослойной модели. А такие задачи, как исследование течения жидкости в слое переменной толщины, исследование течения жидкости в выход- ных устройствах турбомашин, исследование переноса примесей в рабочей среде турбомашин требуют использования многослойной модели. Кроме того, вследствие неоднородности электропроводности бумаги для повышения точности моделирования на ней рекомендуется применять двухслойные модели, снижающие анизотропию модели из электропроводкой бумаги, что затруднительно реализовать в данном уст ройстве.

Наиболее близким к изобретению 35 по технической сущности является устройство для моделирования проточной части турбомашин, обеспечивающее возможность решения задачи совместного течения в двух элементах 40 проточной части турбомашины- в направляющей круговой решетке (диффузоре ) и неоасимметричном выходном устройстве (улитке). Это устройство содержит модель исследуемой области, 45 выполненную из электропроводной бумаги, расположенной на рабочей панели устройства, установленные на электропроводной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидаль. 0 ный трансформатор, размещенный в цент 5 ре модели исследуемой области перпендикулярно рабочей панели устройства, одна часть система токовводящих электродов установлена на входе в диффузор и подключена к эталонному элементу, другая — установлена на выходе улитки 2 .

Однако известное устройство.,реша" ет ограниченный класс задач, т.е. моделирова(ние совместного обтекания 60 ( только в неподвижных элементах проточной части турбомашин. Такие зада-, чи, как исследование совместного течения в нескольких неподвижных и вращажцихся элементах проточной части, имитация вращения модели рабочего колеса, исследование нестационарных процессов при взаимодействии неподвижных.и вращающихся элементов невозможно решить с использованием известного устройства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей технического устройства.

Цель достигается тем, что в стенде, содержащем модель исследуемой области, выполненную из электропроводной бумаги, расположенной на рабочей панели стенда, установленные на электропроводной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидальный трансформатор, раз-.. мещенный в центре модели исследуемой области перпендикулярно к рабочей панели стенда, модель исследуемой области выполнена многослойной, а

s стенд дополнительно введены штыревые эпектроды, вакуумная камера, в дне которой размещены штуцеры, и магнитные пластины, установленные на поверхности модели исследуемой области в местах сопряжения слоев электропроводной бумаги, рабочая панель. стенда выполнена в виде сегментов из магнитомягкого материала, в которых выполнены отверстия, в которых размещены одни концы штыревых электродов, другие концы которых закреплены в воздушной камере.

Тороидальиый трансформатор, сцепленный с моделью исследуемой области, электроды, расположенные по всей зоне рабочего колеса, электроды лопатки, через. которые протекает ток, моделируют соответственно гндродинамические потоки: расходный поток, протекающий через всю модель исследуемой области (поток протекания), вихревой поток в зоне рабочего колеса (поток вытеснения } и циркуляционные потоки вокруг всех профилей лопаток, с помощью которых выполняется условие, аналогичное условию ЧаплыгинаЖуковского. Для совмещения относительного вращательного течения в области рабочего колеса с абсолютным течением в области неподвижиых элементов проточной части равномерно по окружности на входе и выходе рабочего колеса установлены штыревые электроды.

Такое выполнение стенда позволяет на основе косвенной математической аналогии между гидродинамическим полем скоростей и электрическим полем напряженности в многослойной проводящей среде воспроизвести течение в слое переменной толщины модели исследуемой области, состоящей из нескольких неподвижных и вращающихся элементов проточной части центробежного компрессора.

1062728

На фиг. 1 изображен стенд для моделирования течения в неподвижных и вращающихся элементах турбомашин; на фиг. 2 - конструкции узлов для перемещения модели рабочего колеса относительно моделей лопаточного 5 диффузора и входного направлякщего аппарата, а также конструкция электродов.

Исследуемая область стенда выполнена в виде плоской многослойной модели исследуемой области 1 проточ- ной части турбомашины из набора листов электропроводной бумаги. Модель

1 состоит из моделей исследуемых элементов турбомашин, включакицих область входного направляющего аппарата 2 с электродами-лопатками З,область рабочего колеса 4 с электродами - лопатками 5, область лопаточного диффузора 6 с электродами - лрпатками

7 и выходное устройство 8, ограниченное шиной 9.

По исследуемой модели рабочего колеса 4 равномерно расположены шты, ревые электроды 10, через которые втекает ток и тем самым, создавая распределенные источники по области, моделирукт поток вытеснения. При ,помощи штыревых электродов 11, 12, и 13, 14, равномерно расположенных по окружности на входе и выходе моде-ЗО ли рабочего колеса, осуществляются контакты между неподвижньц входным йаправляющим аппаратом 2, лопаточным диффузором 6 и поворотным относительно них рабочим колесом 4. Поворот 35 модели рабочего колеса указан на фиг. 2. Модель входного направляющего аппарата 2 соединена смоделью рабочего колеса 4 через штыревые электроды 11 и 12, соединякщиеся 40 между собой и установленные íà границах разреза, отделяющего область входного направляахцего аппарата 2от области рабочего колеса 4. На выходе модели рабочего колеса 4 и на 45 входе в область лопаточного диффузора б установлены штыревые электроды 13 и 14, соединякщиеся также между собой. Йри помощи тороидального трансформатора 15 моделируется поток протекания.

Стеид содержит рабочук панель, выполненную в виде сегментов 16 из магнитомягкого материала, вакуумные камеры, образованные панелями 17-19 и днищами 20-22, и штуцеры 23-25 для подключения откачивающего устройства,.Через штуцеры 23-25 производится откачка иэ вакуумных камер, контактных зазоров, пространства между электропроводной бумагой и рабочей40 панелью и зазоров между лопатками 3, 5,7 и электропроводной бумагой. Раздельная откачка воздуха из вакуумных камер позволяет производить поворот модели рабочего колеса без. на.рушения- граничных условий течения в рабочем колесе за счет поворота модели рабочего колеса относительно оси вращения, а также позволяет изменять его геометрические параметры, не нарушая граничных условий течения в остальных элементах проточной части.

В случае многослойной модели контакт листов электропроводной бумаги осуществляется при помощи магнитных пластин 26, которые могут быть расположены в любой области модели, в местах сопряжения слоев (на фиг.1 показана только одна). Рабочая панель

19 крепится на четырех стойках 27.

Предлагаемый стенд работает следующим образом.

Модель исследуемой области 1 из профилированных слоев электропроводной бумаги укладывают на рабочие панели 17-19 поверх магнитных сегментов 16." На модель устанавливают электроды - лопатки 3, 5, 7. В местах сопряжения слоев электропровод" ной бумаги накладывают магнитные пластины 26, которые притягиваются к магнитным сегментам 16 и тем .самым плотно прижимают слои электропроводной бумаги друг к другу.

Затем для осуществления контакта штыревых электродов 10-14 и электродов — лопаток 3,5,7 с моделью 1 производится откачка воздуха из вакуумных камер через штуцеры 23-25.

Атмосферным давлением модель 1 и электроды - лопатки 3,5,7 прижимаются к рабочим панелям 17-19 и к слегка выступающим над ними штыревым электродам 10-14.

На модели исследуемой области 1 задаются граничные условия и измеряют распределение потенциала.

Затем штуцера 23 и 25 вакуумных камер соединяются с атмосферой, после чего прекращается откачка воздуха из вакуумных камер через шту цера 23 и 25 и они соединяктся с атмосферой. Панель 18 поворачивается относительно неподвижных панелей 17 и 19 вокруг оси вращения модели рабочего колеса на заданный угол. После поворота модели рабочего колеса 4 вновь включается от качка воздуха иэ вакуумных камер че.рез штуцера 23 и 25. Измеряют новые распределения потенциала на поверх- ; ности модели исследуемой области 1.

Описанный процесс повторяется для различных взаимных положений моделей рабочего колеса 4. и неподвижных входного направляющего аппарата 2 и лопаточного диффузора 6. При этом откачка воздуха из вакуумной камеры через штуцер 24 производится постоянно, что позволяет не нарушать граничные условия в модели рабочего колеса.

1062728

Фиг.1

l $

bee

Фиг.2

Составитель И. Лебедев

Техред С.Мигунова КорректорМ. Шараши

Редактор Н. Джуган Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10220/51 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F-35, Раушская наб., д. 4/5