Устройство для моделирования пространственных вихревых течений в проточной части турбомашин

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскнк социалистических Республик(22) Заявлено 270978 (21) 2667158/18-24 Р 1)м (л С 06 6 7/44 с присоединением заявки йо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР но делам нзобретеннй н открытнйс;А.О. Дитман, А.Н. Филиппов, А.И. Бакасов, К(.; Сйлеэиев.В.А. Шерстюков, С,Н. Шкарбуль, Н.Г. Крившич( цЪ .В. Россель,;" )Ленинградский институт водного транспорта и Ленинградскийполитехнический институт им. Н.И. Калинина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМАШИН Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для изучения течений в про точной части центробежных компрессоров и других типов лопаточных машин.Известны устройства для моделирования потока в отдельных или в двух последовательно расположенных элементах проточной части турбомашин 1).10Для этих устройств рассматриваются лишь случаи с таким набором характерных параметров, при которых относительная глубина проникновения электромагнитного поля в проводящую среду значительно больше единицы. Кроме того, известные устройства позволяют исследовать трехмерный характер потока лишь приблизительно на основе неточных эквивалентных схем (например, замена трехмерной среды стопой листового электропроводного материала).Наиболее близким к предлагаемому является устройство для моделирования проточной части турбомашин. Исследуемая модель в данном устройстве выполнена из проводящей среды в виде профилированной пространственной электролитической ванны или сплошной токопроводящей среды переменной толщины. Система токопроводящих электродов и тороидальный трансформатор моделирует потенциальныйциркуляционный поток на выходе из рабочего колеса центробежного компрессора. Тороидальные трансформаторы,установленные в прорезях профилейлопаточной решетки исследуемой модели, моделирует циркуляционные потоки вокруг этих профилей. Измерениенапряженности и построение изопотенциальных линий производится с помощью контактных датчиков, соединенных с блоком регистрации (2),С помощью указанного устройстваможно решать ограниченный класс задач, т.е. моделировать течение только в отдельных или совместных двухэлементах проточной части турбомашин.Цель изобретения - расширение класса решаемых задач путем учета взаимодействия элементов проточной частитурбомашин при их совместной работе и повышение точности моделирования.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для моделированияпространственных вихревых теченийв проточной части турбомашины, содержащее Физическую модель проточнойчасти турбомашины, состоящую из объемных моделей элементов проточной части турбомашиныи замкнутый соленоид,расположенный по пути рабочего потока, выводы которого подключены к первому выхОду блока питания, второй выход которого соединен с одним ,входом измерительного блока, другие входы которого подключены к соответствующим выходам коммутатора, а выход измерительного блока соединен со входом цифропечатающего блока, введены стержневые задатчики магнитного поля, токопроводящий стержень, индукционные датчики, а объемнне модели элементов проточной части турбомашины выполнены из диамагнетика, на верхнюю поверхность которого нанесен металлизированный слой, стержневые задатчики магнитного поля закреплены перпендикулярно к плоскости объемной модели рабочего колеса, причем стержневые задатчики первой группы магнитного поля расположены равномерно по плоскости объемной модели рабочего колеса, стержневые задатчики второй группы магнитного поля расположены по внешней окружности объемной модели рабочего колеса, стержневые задатчики третьей группы магнитного поля расположены по одному в каждой лопатке всех объемных моделей лопаточных аппаратов и рабочего колеса, а все стержневые задатчики магнитного поля соединены каждый одним выводом с диамагнетиком, токо- проводящий стержень расположен по оси объемной модели рабочего колеса и соединен одним выводом с диамагнетиком, другие выводы стержневых эадатчиков магнитного поля и токопроводящего стержня соединены соответственно с другими выходами блока питЯия, а индукционные датчики установлены в воздушных полостях объемных моделей и подключены соответственно своими выходами по входам коммутатора.Пр,. этом стержневые задатчикимагнитного поля и замкнутый соленоид питаются от блока питания ультразвуковой частоты, Стержневые задатчики магнитного поля, расположенныеравномерно в зоне рабочего колеса,моделируют вихревое магнитное поле,)вмагнитная индукция которого соответствует линейной скорости в относительном движении, задатчики, расположецные по одному в лопатках всехлопаЖ)чных элементов, моделируютвокруг них циркуляционный поток длявыполнения условия Чаплыгина-Жуковского, а расположенные по периметруосновного диска колеса - циркуляционную составляющую потока закруткина входе,Установленные равномерно по наружной окружности модели рабочего колеса стержневы". задатчики магнитного пбля служат для согласования относительного вращательного течения в зоне рабочего колеса с относительным течением в зоне неподвижных лопаточных элементов проточной части турбомашины.Замкнутый соленоид, который может принимать форму, удобную для моделирования потока протекания во всех элементах проточной части, выполнен из отдельных объемных элементов, ко, торые состыкованы друг с другом торцовыми поверхностями, при этом обмот. ка каждого элемента выполнена в виде витков, уложенных в плоскости, перпендикулярной оси каждого элемента, с шагом, прямо пропорциональным площади поперечного сечения объемного элемента. Соотношение между вихревой составляющей, циркуляционной составляющей потока закрутки на входе и потоком протекания устанавливается путем принудительного задания токов на стержневых задатчиках магнитного поля и на обмотках замкнутого соленоида и соответствует моделируемому режиму работы.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для моделирования пространственных вихревых течений и проточной части турбомашин; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение; на фиг. 3 и 4 - элементы конструкции устройства.устройство содержит объемную модель 1 проточной части турбомашины, состоящую из моделей элементов проточ ной части турбомашины, включающих входную камеру 2, лопатки 3 входного направляющего регулируемого лопаточного аппарата 4, рабочее колесо 5 с лопатками 6 и покрывным диском 7, лопатки 8 выходного направляющего лопаточного аппарата 9 и выходное устройство 10, стержневые задатчики 11 - 15 магнитного поля, токопроводящий стержень 16, соленоид 17 с обмотками 18 и индуктивным датчиком 19, блок 20 питания измерительный блок 21, коммутатор 22, цифропечатающее устройство 23, монтажный диск 24, индукционные датчики 25 вихревого магнитного поля с обмотками 26-28, индукционные датчики 29, контрольные датчики 30 и 31. Проводники с током содержат контакт-гайку 32, изолированную втулку 33 и цанговый контакт 34.Устройство работает следующим образом.Объемная модель устройства изготавливается из диэлектрика со стенками, покрытыми электропроводным материалом с помощью электродугового или плазменного аппарата.Для создания вихревого магнитного поля стержневые задатчики 11 равномерно распределены по диску рабочего колеса и соединяются с ним при40 помощи контакта-гайки 32, а от пок-рывного диска изолированы втулками 33, Для их монтажа в центральной части объемной модели установлен диск 24 из диэлектрикаЦиркуляционные потоки вокруг лопаток рабочего колеса, лопаток выходного направляющего лопаточного аппарата, лопаток входного направляющего регулируемого аппарата создаются соответственно стержневыми задатчиками 12 - 14. Лопатки 6 и 8 изолированы от покрывного диска диэлектриком , а проводники 12 и 13 с током, расположенные в полостях лопаток 6 и 8, соединяются с диском рабочего колеса и выходного направляющего лопатОчного аппарата с помощью контакта-гайки 32 и изолированы от покрыв- ного диска втулкой 33.Питание устройства осуществляется от блока 20 питания ультразвуковой частоты. Стержневые задатчики магнитного поля соединяются с блоком питания при помощи цангового контакта 34, Кроме того, с блоком питания соединены точка, расположенная на оси рабочего колеса с помощью электропроводящего стержня 16, стержневые задатчики 15, расположенные по наружной окружности рабочего колеса.В проточной части объемной модели установлен замкнутый соленоид 17, состоящий из нескольких объемных эле.ментов, на поверхностях которых уложены обмотки 18, выполненные плоскими параллельными витками, Для контроля величины потока протекания внутри замкнутого соленоида установлен индукционный датчик 19.Измерение вихревого магнитного поля в одном из каналов, образованного лопатками 6 рабочего колеса 5, производится специальными индукционными датчиками 25, расположенными на стержневых задатчиках магнитного поля 11 и подключенными к измерительному блоку 21 через коммутатор 22. Составляющие вектора индукции Вх, Ву, Вт) измеряются соответственными обмотками 26 - 28 индукционного датчика 25. Измерение магнитного поля в воздушной плоскости выходного устройства 10 осуществляется индукционными датчиками 29, расположенными в плоскости поперечного сечения и подключенными к измеритель- чому блоку 21 через коммутатор 22. Для согласования составляющих суммарного потока на языке 1 выходного устройства 10 установлены контрольные датчики 30, подключенные к измерительному блоку 21 через коммутатор 22, а для согласования циркуляционных составляющих магнитного поля на концах лопаток 6,8 и 3 установлены контролирующие датчики 31, подключенные к измерительному блоку 21 через коммутатор 22. На выходеизмерительного блока предусмотрено цифро-печатающее устройство 23,Решение задачи обтекания элементов проТочной части объемной модели 1 производится в следующей последовательности.Задается необходимый режим работы устройства, для чего от блока питания подаются напряжения на обмотки замкнутого соленоида, моделирующего поток протекания, на задатчики 11, моделирующие вихревую составляющую поток вытеснения), и на задатчики 12-14 моделирующие соответственно циркуляционные потоки вокруг лопаток 6 рабочего колеса 5, лопаток 8 выходного направляющего лопаточного аппарата 4 для выполнения условия Чаплыгина-Жуковского на выходных кромках всех лопаток.При этом интенсивность вихревого магнитного поля контролируется индукционными датчиками 25, расположенными на элементах проводников с током 11. Интенсивность потока протекания контролируется индукционным датчиком 19. Выполнение условия Чаплыгина- Жуковского осуществляется по показаниям контролирующих индукционных датчиков 31.Соотношение между вихревой составляющей, циркуляционной составляющей и потоком протекания устанавливаетсяпутем регулирования токов в стержневых задатчиках 1114 на обмоткахзамкнутого соленоида. Установлениеплавного натекания потоков на лопаточные элементы турбомашины и на.язык выходного устройства соответствует моделируемому режиму, работытурбомашины.Операция по согласованиюпотоков повторяется несколько раз методом последовательного приближения таким образом, чтобы на контролирующихиндукционных датчиках 19 и 31 быпи нулевые показания.Далее при помощи индукционных датчиков 25 и 29 и измерительной схемы устройства выявляется характер обтекания проточной части турбомашины иее элементов. Параметрами, характеризующими течение в проточной части турбомашины, являются относительные распределения скоростей и давлений в любой точке и по любому контуру проточной части и ее элементов, а также линии изопотенциалей, по которым можно судить о структуре потока.Кроме данной, на устройстве можно решать такие задачи, как определение оптимального режима работы турбомашины, определение зоны ее экономической работы как на оптимальном, так и на режимах регулирования, обработка конструктивных элементов проточной части турбоМашины, исследо 860090ванне работы турбомашины в нестацйонарном режиме и т,д.Отличие в решении этих задач заключается лишь в последовательности задания принудительных токов и выполнения условия Чаплыгина-Жуковского применительно к различным элементам проточной части турбомашины.Таким образом, предлагаемое выполнение устройства позволяет значительно расширить класс решаемых задач при изучении аэрогидродинамического потока в проточной части лопаточных турбомашин. Решение поставленных задач на предлагаемом устройстве позволяет на стадии проектирования новой машины повысить ее технико-экономические показатели, т.е. оптимизировать конструкцию отдельных элементов проточной части, повысить КПД создаваемой машины путем определения оптимального режима ее работы, улучшить качество и повысить надежность машины.25формула изобретенияУстройство для моделирования пространственных вихревых течений в проточной части турбомашин, содержащее физическую модель проточной части турбомашины, состоящую из объемных моделей элементов проточной части турбомашины, и замкнутый соленоид, расположенный по пути рабочего потока, выводы которого подключены к первому выходу блока питания, второй выход которого соединен с одним входом измерительного блока, другие входы которого подключены к соответствующим выходам коммутатора, а выход изме рйтельного блока. соединен со входом цифропечатающего блока, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач эа счет учета взаимодействия элементов проточной части турбомашины при их совместной работе, в него введены стержневые задатчики магнитного поля, токопроводящий стержень, индукцион" ные датчики, а объемные модели элементов проточной части турбомашины выполнены иэ диамагнетика, на внешнюю поверхность которого нанесен металлиэированный слой, стержневые задатчики магнитного поля закреплены перпендикулярно к плоскости объемной модели рабочего колеса, причем стержневые задатчики первой группы магнитного поля расположены равномерно по плоскости объемной модели рабочего колеса, стержневые задатчики второй группы магнитного поля расположены по внешней окружности объемной модели рабочего колеса, стержневые задатчики третьей группы магнитного поля расположены по одному в каждой лопатке всех объемных моделей лопаточных аппаратов и рабочего колеса, а все стержневые задатчики магнитного поля соединены каждый одним выводом с диамагнетиком, токо- проводящий стержень расположен по оси объемной модели рабочего колеса и соединен одним выводом с диамагнетиком, другие выводы стержневых задатчиков магнитного поля и токо- проводящего стержня соединены соответственно с другими выходами блока питания, а индукционные датчики установлены в воздушных полостях объемных моделей. и подключены соответственно своими выходами ко входам коммутатора.источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР М 424178, кл, 6 06 6 "/44, Н 972.2, Авторское свидетельство СССР 9 459781, кл. 6 06 6 7/44, 1973 (прототип).В 60090 тель ДубининаТ. Маточка Соста Техре тор Н. Бушае Заказ 7550/32 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 745.ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений13035 Москва, Ж, Рауш орректор Аодписное комитета ССС открытийкая наб., д.