Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical investigation of noise generated by an axial fan installed in a pipeline

Romik Dawid

Vibrations in Physical Systems

|

2022

|

Vol. 33, nr 1

art. no. 2022104

EN

The article presents the results of numerical calculations of noise generated by an axial fan installed in a ventilation duct with a circular cross-section. The research takes into account the installation of the axial fan due to the distance of the rotor from the curvature of the pipeline. The uRANS turbulent flow modeling methods were used in the calculations. The uRANS stands for the Navier-Stokes equation with Reynolds averaging in the version that takes into account the non-stationarity of the flow. The purpose of the work is to determine the sound power in the vicinity of the sound source. The decisive parameters affecting the noise emitted will be the length of the installation in front of and behind the rotor. The propagation of acoustic disturbances in the far field was modeled using the aeroacoustic analogy of Ffowcs-Williams and Hawkings. Based on the calculations, the directional characteristics of the sound source were determined.

2

Wybrane zagadnienia przepływowe turbiny gazowej pracującej w tłoczni gazu ziemnego

Grzymkowska Anna

Dozór Techniczny

|

2021

|

z. 6

12--14

PL

W niniejszym artykule przedstawiono cieplno-przepływowe obliczenia turbiny gazowej, stanowiącej napęd sprężarki w tłoczni gazu ziemnego. Wartości parametrów wejściowych niezbędnych do przeprowadzenia obliczeń przyjęto na podstawie danych technicznych tłoczni zasilających polski odcinek gazociągu tranzytowego Jamał-Europa, w których pracują turbiny gazowe SGT-600 firmy Siemens, o mocy 25,3 MW.

3

Dynamic stability of rotating systems in turbomachinery under API standards

Kozanecki Zbigniew, Tkacz Eliza, Łagodziński Jakub, Gizelska Małgorzata

Vibrations in Physical Systems

|

2019

|

Vol. 30, nr 2

art. no. 2019202

EN

The stability of rotating systems in turbomachinery has to account for the structure design, the actual geometry of bearings and all of the remaining forces, including operational data as well as temperature of the bearing lubricating oil. Thus, a study of the dynamic stability of rotating machines is complex and time consuming in terms of modelling and calculations. Even though it is recognized that other methods of analysis and acceptance criteria have been used to evaluate stability, API standardization procedures ensure appropriate notification and participation in the development process. According to these procedures, firstly we prepare a rotor technical documentation based on geometry measurements, frequently with optical scanning. Secondly, a theoretical analysis consisting of calculations with the finite element method based on the program that allows us to build a numerical model of rotor dynamics, is carried out. Then, the so-called “bump test” is performed to measure natural frequencies of a freely suspended rotor, which makes it possible to “tune” the theoretical model, making it compatible with the real object not only in terms of geometric dimensions and mass, but also from the point of view of the form and frequency of free vibrations. Thus, we obtain an experimentally verified numerical model which can be used for future machine diagnostics and other needs.

4

Numeryczno-doświadczalna weryfikacja projektu analitycznego wentylatora osiowego

Majcher Maciej, Wrzesień Stanisław, Frant Michał

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 8-9

591--593

PL

Porównano podstawowe charakterystyki wentylatora osiowego uzyskane za pomocą trzech metod badawczych: analitycznej, doświadczalnej i numerycznej. Przeanalizowano charakterystyki przyrostu ciśnienia całkowitego, sprawności i mocy. Omówiono wpływ odchylenia geometrii wyprodukowanego wieńca wirnikowego od założeń wynikających z projektu analitycznego. Potwierdzono poprawność zastosowanego schematu projektowania wentylatora osiowego opartego na metodach analitycznych, numerycznych i doświadczalnych.

EN

The paper presents a comparison of basic axial fan characteristics obtained by three research methods: analytical, experimental and numerical. Characteristics of the total pressure, efficiency and power were analyzed. The influence of the geometry deviation of the manufactured rotor rim from the assumptions resulting from the analytical design was discussed. The correctness of the axial fan designing scheme based on analytical, numerical and experimental methods was confirmed.

5

Analiza krytyczna metod obliczania uszczelnień labiryntowych w maszynach cieplnych wirnikowych

Kaszowski Paweł, Dzida Marek

Journal of Polish CIMEEAC

|

2019

|

Vol. 14, no 1

97--110

PL

Uszczelnienia labiryntowe są ważnym elementem budowy maszyn cieplnych wirnikowych. Istnieje wiele metod obliczeniowych, pozwalających określić parametry termodynamicznych gazu na długości dławnicy labiryntowej. W niniejszej pracy przedstawiona zostanie krytyczna analiza metod obliczania uszczelnień labiryntowych dostępnych w literaturze oraz przykładowe wyniki obliczeń wykonanych metodą wyznaczania linii Fanno i zasady De Saint–Venanta.

6

A Numerical Investigation into the Effect of Blade Trailing-Edge Thickness on the Performance of Axial Fans

Majcher M., Wrzesień S., Frant M., Omen Ł.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2018

|

Vol. 9, Nr 4 (34)

71--84

EN

This paper presents the results of a numerical investigation into the effect of blade trailing-edge thickness and shape on the performance of a rotor ring model of axial fan. The numerical simulations carried out under this investigation provided the performance characteristics of efficiency, working medium power, and total pressure increase in the function of the volumetric flow rate of the rotor ring. The investigated blade trailing-edge thickness values were 1 mm, 2 mm, and 3 mm. The models for the simulation series were developed with rounded and sharp blade trailing edges, for all thickness values thereof. The rounded trailing blade edges were modelled in the form of an arc over which the conditions of tangency with the upper and lower contours of the airfoil were imposed. The blades of the modelled blade fan were designed with the NACA 65-810 airfoil. To verify the applied turbulence model and mesh settings, experimental tests of the model rotor ring were performed on an axial fan test bed. The obtained experimental data was compared with numerical results. The results showed a significant impact of the thickness and shape of the blade trailing edge on the performance characteristics of axial fans.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki numerycznego badania wpływu grubości i kształtu krawędzi spływu łopatki wirnikowej na charakterystyki pracy modelowego wieńca wirnikowego wentylatora osiowego. W toku symulacji numerycznych uzyskiwano charakterystykę sprawności, mocy oraz przyrostu ciśnienia całkowitego w funkcji objętościowego natężenia przepływu przez wieniec wirnikowy. Przyjęte do analizy grubości krawędzi spływu łopatki wynosiły 1 mm, 2 mm, 3 mm. Modele do serii symulacji numerycznych wykonano dla zaokrąglonych i niezaokrąglonych krawędzi spływu o podanych wyżej grubościach. Zaokrąglone krawędzie spływu odwzorowywano w postaci łuku, na który narzucono warunki styczności do górnego i dolnego obrysu profilu definiującego kształt łopatki. Łopatki modelowego wieńca wirnikowego zbudowano w oparciu o profil NACA 65-810. Na potrzeby sprawdzenia poprawności przyjętego modelu turbulencji oraz ustawień siatki przeprowadzono badania doświadczalne modelowego wieńca wirnikowego na stanowisku do badań wentylatorów osiowych. Uzyskane dane eksperymentalne zestawiono z wynikami numerycznymi. Przedstawione wyniki wykazały istotny wpływ grubości i kształtu krawędzi spływu łopatki wirnikowej na charakterystyki pracy wentylatora osiowego.

7

Zastosowanie nowoczesnych tworzyw sztucznych do budowy wysokoobrotowych maszyn przepływowych

Żywica G., Kaczmarczyk T.Z., Ihnatowicz E.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 7

508--510

PL

Omówiono zagadnienia związane z doborem tworzyw sztucznych na wybrane elementy wysokoobrotowych maszyn przepływowych. Oprócz kryteriów stosowanych przy doborze materiału przedstawiono przykład analizy wytrzymałościowej tarczy wirnikowej z tworzywa sztucznego. Celem tych prac było zastąpienie powszechnie stosowanych stopów metali nowoczesnymi tworzywami sztucznymi, co może się przełożyć na skrócenie czasu produkcji i obniżenie kosztów.

EN

Discussed are issues related to the selection of plastics for manufacturing chosen components of high-speed fluid-flow machinery. In addition to discussing the criteria used for material selection, an exemplary strength analysis of a rotor disk made of plastic was presented. The work carried out was aimed at replacing commonly used metallic alloys with modern plastics, which in turn may shorten production time and reduce costs.

8

Numeryczna analiza charakterystyk wentylatora osiowego

Wrzesień S., Frant M., Majcher M.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 7

606--608

PL

W artykule porównano podstawowe charakterystyki pracy wentylatora osiowego uzyskane metodą numeryczną i analityczną, stanowiące etap wstępnego projektowania wentylatora o zadanych osiągach. Takimi osiągami są charakterystyki przyrostu ciśnienia całkowitego, mocy oraz sprawności całkowitej w funkcji objętościowego natężenia przepływu. Przedstawione wyniki wykazywały istotne różnice ilościowe i jakościowe w przebiegu charakterystyk uzyskanych dwoma metodami. Potwierdzono przydatność metod numerycznych w odniesieniu do wstępnego projektu analitycznego.

EN

The paper presents an analysis and comparison of basic characteristics of axial fans, both analytically and numerically. Such characteristics are: the characteristics of the total pressure, power and total efficiency as a function of the volumetric flow rate. The presented results showed significant quantitative and qualitative differences in the characteristics obtained by two methods. The usefulness of numerical methods in relation to the results of the initial analytical project was confirmed.

9

Test stand for the experimental investigation of turbochargers with 3d printed components

Andrearczyk A., Bagiński P., Żywica G.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 2

397--404

EN

The paper discusses the universal test stand which allows determining the characteristics of turbochargers. Currently, there are works carried out in the world aimed to develop innovative fluid-flow machines, made partly with the use of rapid prototyping technology. This type of manufacturing technology allows reducing production time and costs in comparison to conventional methods of prototyping. This article also discusses start-up tests of the experimental test stand using a commercial turbocharger and the comparison between calculated and experimental results. In this paper, there are also described some modifications of the test stand, made prior to the start-up test, which were necessary to get more accurate characteristics of turbochargers. This work is an introduction to the investigation on turbomachines, whose elements were manufactured using the rapid prototyping technology.

10

Reconstruction of turbomachines on the basis of the flow structure visual diagnostics

Arsiri V., Kravchenko O.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 2

405--414

EN

The indicator of the quality of modern turbomachines is only the coefficient of efficiency, which characterizes the ratio of the useful work of compressors or fans to the energy expended on the drive. For the analysis of the quality of the motion, processes in flow parts, the values of resistances are used which are difficult to be considered as an indicator of the efficiency of dynamic processes. The report presents the results of visual diagnostics of the structure of flows during the movement in the elements of turbomachines, as well as options for improving the geometry of the flow parts - in the inlet pipes, impellers. For the analysis of the efficiency of the motion of liquids and gases in flowing parts, a calculated index is proposed - the coefficient of hydraulic efficiency of dynamic processes. The joint use of two indicators - the efficiency of transformation of different types of energy (efficiency of turbomachines) and the efficiency of dynamic processes in flowing parts allows us to develop and to analyze the results of reconstruction of turbomachines. Reconstruction of turbomachines with the purpose of improving the geometry of the flow parts provides an increase in productivity of turbines, compressors, fans and pumps, while reducing the specific energy consumption for the processes of compression and transport of liquids and gases. Optimization of turbomachines flow parts based of flow structure visual diagnostics allows to reduce noise and vibration, as well as to solve other problems.

11

Description of a test stand and measurement equipment for labyrinth seal testing

Joachimiak D., Krzyślak P.

Journal of Mechanical and Transport Engineering

|

2017

|

Vol. 69, No. 3

21--35

EN

The paper presents a test stand for testing segments of single sided and double-sided labyrinth seals. The geometry of the test stand has been designed and constructed by the authors of the paper. The elements and the design of the test stand allow investigations of the seal for a variety of initial pressures with the measurement of the mass flow in the inlet and outlet channels. The design of the test stand enables testing seal segments with a turbulent flow. The geometry of the mating pairs of single and double-sided seals allows a measurement of the pressure in selected chambers of the seal chambers.

PL

W artykule przedstawiono stanowisko do badań segmentów uszczelnień labiryntowych jednostronnych i dwustronnych. Geometria stanowiska została zaprojektowana i wykonana przez autorów. Elementy i konstrukcja stanowiska umożliwiają przeprowadzenie badań uszczelnienia z uwzględnieniem różnych zakresów ciśnienia początkowego z pomiarem strumienia masy w kanale dopływowym i kanałach wypływowych. Konstrukcja stanowiska umożliwia badanie segmentów uszczelnień z zaburzonym przepływem. Geometria korpusu i wsadu uszczelnień jednostronnego i dwustronnego umożliwia pomiar ciśnienia w wybranych komorach uszczelnienia.

12

Experimental Investigations of Unsteadiness of Flow Fields in Impulse Two-Stage Model Turbine

Krysiński J., Smolny A., Błaszczak J. R.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2015

|

nr 148

53--64

EN

The presented investigations were conducted on a modified impulse two-stage low-pressure model turbine with low-aspect ratio of airfoils. Real impulse turbine geometry has been used for both stages to investigate flow problems. A new supply system maintained very stable conditions at the inlet and flow-calming mesh-wiring and acoustic adaptation were built. These improvements allowed identification of different flow effects. A new measurement system was tested for investigations of influence of phenomena related, among others, to unsteady flow structures connected to vane indexing. It is of key importance for the turbine efficiency measurement.

PL

Przedstawione badania zostały przeprowadzone na zmodyfikowanym stanowisku badawczym niskociśnieniowej dwustopniowej turbiny akcyjnej o małej rozpiętości łopatek. Przy projektowaniu geometrii turbiny do badań zagadnień przepływowych oparto się na geometrii rzeczywistej turbiny. Nowy system zasilania zapewnił bardzo stabilne warunki na wlocie, dodatkowo wstawiono siatki uspokajające oraz adaptację akustyczną. Ulepszenia te zapewniły identyfikację różnych efektów przepływowych. Przetestowano nowy system pomiarowy na potrzeby badań wpływu zjawisk związanych, między innymi, ze strukturami niestacjonarnymi powiązanymi ze zmianą położenia kierownic. Jest to kluczowe zagadnienie z punktu widzenia pomiarów sprawności turbiny.

13

Epoka pionierska maszyn przepływowych w Politechnice Łódzkiej

Kryłłowicz W., Błaszczyk M.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2015

|

nr 148

39--52

PL

W artykule opisano cztery konstrukcje maszyn przepływowych, które powstały w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku w Katedrze Cieplnych Maszyn Przepływowych PŁ. Przedstawiono kolejno: silnik czołgowy CMP 501, sprężarkę 6D68, turbopompę pożarniczą TP 3000 (z silnikiem turbospalinowym CMP 504) oraz turbossawę papierniczą 4.68 PAP. Omówione zostały aspekty konstrukcyjne tych pionierskich maszyn, na tle ówczesnych realiów społeczno-ekonomicznych.

EN

Article contains four turbomachinery designs created in 60’s at the Institute of Turbomachinery, Łódź University of Technology. It presents: CMP 501 tang engine, 6D68 compressor, TP3000 fire engine turbopump (with CMP 504 internal combustion engine) and 4.68 PAP vacuum compressor for paper industry. All machines are presented in context of social and economic environment of that time.

14

Comparison of results of experimental research with numerical calculations of a model one-sided seal

Joachimiak D., Krzyślak P.

Archives of Thermodynamics

|

2015

|

Vol. 36, no. 2

61--74

EN

Paper presents the results of experimental and numerical research of a model segment of a labyrinth seal for a different wear level. The analysis covers the extent of leakage and distribution of static pressure in the seal chambers and the planes upstream and downstream of the segment. The measurement data have been compared with the results of numerical calculations obtained using commercial software. Based on the flow conditions occurring in the area subjected to calculations, the size of the mesh defined by parameter y+ has been analyzed and the selection of the turbulence model has been described. The numerical calculations were based on the measurable thermodynamic parameters in the seal segments of steam turbines. The work contains a comparison of the mass flow and distribution of static pressure in the seal chambers obtained during the measurement and calculated numerically in a model segment of the seal of different level of wear.

15

Opis programu Dławnica służącego do obliczeń uszczelnień labiryntowych

Joachimiak D., Joachimiak M., Krzyślak P.

Journal of Mechanical and Transport Engineering

|

2013

|

Vol. 65, No. 1

25--35

PL

W artykule przedstawiono algorytm programu DŁAWNICA, który służy do obliczeń uszczelnień labiryntowych. W programie przepływ jednowymiarowy gazu przez kryzę opisano za pomocą parabolicznego równania de Saint-Venanta-Wanzela. W kodzie programu, napisanym w języku Fortran 90, założono przepływ izentalpowy i stałe ciepło właściwe gazu. Pominięto wymianę ciepła pomiędzy gazem a ściankami uszczelnienia. DŁAWNICA umożliwia obliczanie uszczelnień o dowolnej liczbie kryz i dowolnej stałej geometrii, którą określa się współczynnikiem kontrakcji przepływu μ. Program pozwala na wykonywanie obliczeń dławnic z upustem czynnika roboczego, którego posadowienie i wielkość są definiowane. W celu uniknięcia błędów numerycznych w trakcie obliczeń iteracyjnych algorytm sprawdza osobliwość głównej macierzy.

EN

The program builds on the linearized system of n equations based on a formula deSaint-Venant-Wanzel. Iteration operations performed on the matrix equations allow theapproximation to the desired pressure distribution in the spaces between the flanges. On the basis of the calculated pressure distribution determined mass flow flowing through the seal. With the decomposition of the matrix C on triangular matrices L and U significantly minimized the number of algebraic operations necessary to obtain the result. This effect is achieved by skipping the algebraic operations on zero elements, whose number was considerable. The program performs calculations iterations until the assumed accuracy of calculations ε. The design program allows its extension to calculate the additional parameters of gas in the gland which can be: speed and gas flow Mach number. Although minimizing the number of operations and to achieve significant computational accuracy of the sensitivity matrix C should be identified by calculating the parameter cond (C), which is a measure of relative error.

16

Wpływ wzajemnego położenia kierownic na sprawność i pole przepływu dwustopniowej turbiny

Smolny A

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2012

|

Z. 428

1--247

PL

Przedstawione w pracy badania zjawiska clockingu zrealizowano w Instytucie Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej na stanowisku badawczym dwustopniowej turbiny modelowej. W wieńcach wirnikowych użyto geometrii z rzeczywistej turbiny parowej, a samą turbinę zmodyfikowano dla wymaganego zakresu badań przepływowych. Koncepcja clockingu jest atrakcyjną metodą podwyższenia sprawności wielostopniowej maszyny przepływowej, np. dwustopniowej turbiny. Oznacza ona, że sprawność turbiny, przy takiej samej liczbie łopatek w kierownicach lub w wirnikach, będzie zależała od wzajemnego położenia wieńców kierownic (clocking kierownic) lub od wzajemnego położenia wieńców wirnikowych (clocking wirników). Ustawiając optymalne po obwodzie położenie wieńców kierownic lub wirników lub też kierownic i wirników (total clocking) można zmniejszyć straty w turbinie i zwiększyć jej sprawność. Potencjalny zysk związany ze zjawiskiem clockingu może być wykorzystany również w wielu innych obszarach. Optymalne ustawienie wieńców kierowniczych i wirujących może prowadzić do spadku temperatury łopatek wirnika, zmniejszenia drgań maszyny, zmniejszenia jej hałasu, rozszerzenia zakresu stabilnej pracy, itp. W szczególności zjawisko clockingu wpływa na straty w turbinie. W przypadku clockingu kierownic w dwustopniowej turbinie w pierwszym stopniu aerodynamiczna interakcja kierownicy z wirnikiem powoduje zróżnicowanie przepływu na obwodzie za pierwszym wirnikiem zgodnie z podziałką kierownicy. Potencjał clockingu zależy od możliwości wykorzystania tego zróżnicowania przepływu dla poprawienia parametrów przepływu w turbinie, a w szczególności do zmniejszenia strat w warstwach przyściennych rozwijających się na łopatkach wieńców.. Należy podkreślić, że mechanizm clockingu kierownic czy wirników nie jest jeszcze w pełni zrozumiany, co wynika ze złożoności zjawisk niestacjonarnych w wielostopniowych maszynach przepływowych. W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i obliczeniowych wpływu clockingu kierownic na pole przepływu i sprawność dwustopniowej turbiny. Do badań wybrano specjalną geometrię turbiny, w której poprzez przyjęcie odpowiedniego stosunku liczby łopatek w kierownicach do liczby łopatek w wirnikach zintensyfikowano oddziaływanie clockingu kierownic na pole przepływu w kanałach wirnikowych. Układ zasilania zapewnił bardzo stabilne warunki na wlocie do turbiny, co dało możliwość identyfikacji oddziaływań przepływu niestacjonarnego oraz badań wpływu wzajemnego ustawienia kierownic na sprawność turbiny. W ramach pracy rozbudowano i przetestowano system pomiarowy dla identyfikacji efektów zjawisk związanych z clockingiem kierownic. System ten umożliwił pomiary zewnętrznych charakterystyk przepływu z bardzo dużą precyzją, co było niezbędne dla zbadania wpływu clockingu na sprawność turbiny. Obliczenia przepływu wykonano komercyjnym kodem obliczeniowym rozwiązującym 3D równania Naviera-Stokesa. Obliczenia wykonano metodą „frozen -rotor” dla przepływu stacjonarnego. W ramach pracy zidentyfikowano niejednorodny obwodowo przepływ za pierwszym wirnikiem. Określono jego wpływ na straty w warstwach przyściennych rozwijających się na łopatkach drugiej kierownicy i w drugim wirniku. Oszacowanie zmian strat w warstwach przyściennych wykonano przy pomocy prostej metody obliczania strat na podstawie prędkości opływu łopatki wyznaczonej z obliczonego (wirniki) lub pomierzonego (kierownice) rozkładu ciśnienia na łopatkach. Przeprowadzono również badania warstwy przyściennej przy pomocy przyklejanych do ścianki łopatki drugiej kierownicy przetworników termoane-mometrycznych. Określono lokalny wpływ clockingu kierownic na warstwę przyścienną. Skorelowano badania strat w warstwie z rozkładem zmian turbulencji w warstwie wywołanej oddziaływaniem śladu z pierwszej kierownicy. Ustalono, że maksymalne straty w warstwie przyściennej związane są z napływem na profil drugiej kierownicy strugi o największej prędkości z równoczesnym oddziaływaniem turbulencji śladu na stronie ssącej łopatki. Wykonano modyfikację pierwszej kierownicy zamieniając łopatki cylindryczne na krzywoliniowe. Celem tego etapu badań było zbadanie wpływu zmian kształtu śladu załopatkowego na sprawność i clocking kierownic badanej turbiny. Sprawność turbiny wzrosła o 0.5% w stosunku do turbiny z pierwszą kierownicą z łopatkami cylindrycznymi. Clocking kierownic wzmocnił oddziaływanie śladów, a osłabił oddziaływanie przepływu wtórnego przy wewnętrznym obrzeżu w drugim stopniu turbiny. Zmiany sprawności turbiny zależą od możliwości wykorzystania zjawiska clockingu na całej wysokości kanału łopatkowego do redukcji strat w turbinie. Stąd wniosek, że badania zjawiska clockingu są bardzo ważne dla ulepszenia metod obliczeniowych, które będą zastosowane do projektowania stopni turbin następnej generacji, w których interakcja wewnętrznych struktur przepływu będzie wykorzystana do redukcji strat i podwyższenia sprawności turbiny. Realizacja projektu pozwoliła zebrać obszerny materiał z badań eksperymentalnych i numerycznych dotyczący złożonych zjawisk w niestacjonarnym przepływie trójwymiarowym. Materiał ten pozwoli lepiej rozumieć zjawiska związane z aerodynamiczną interakcją wieńców stacjonarnych - kierownic i wirujących - wirników w wielostopniowych maszynach przepływowych i dalej doskonalić metody ich obliczeń dla pozytywnego wykorzystania tych efektów do podniesienia sprawności wielostopniowych osiowych maszyn przepływowych.

EN

The investigations presented herein were conducted at the Institute of Turbomachinery, Technical University of Lodz, Poland on a two-stage low-pressure industrially relevant turbine configuration. The objective of this work was to study stator clocking mechanism to improve aerodynamic efficiency of the turbine. When the neighbouring stators or rotors of a turbine have equal number of vanes/blades, the turbine efficiency can be affected by changing the relative circumferential positions of these vane/blade rows. Finding an optimal relative circumferential position of stators and rotors in a multistage axial turbine is the subject of extensive investigations in the last decade. An optimal clocking position of stators and rotors in a multistage turbine aims to maximize the overall efficiency of the turbine. Experimental findings could show the effect of clocking on turbine efficiency, however the level of variation is not yet clear. The two stage turbine was especially designed for this investigation of the stator clocking mechanism. The design, the manufacturing of the turbine was one significant task of this work. The supply system to the turbine maintains very stable conditions at the inlet, which, aside of the basic researches, allowed for identification of unsteady flow effects on turbine performance and investigations of the airfoil clocking. Within the frames of the present project, a measurement system for identification of unsteady phenomena effects, especially of the reciprocal influence of stators (clocking effect) has been developed. The system made it possible to measure overall parameters of flow characteristics with high precision, which is indispensable in the investigations of phenomena related to unsteady structures, for instance those occurring in boundary layers and near end walls. It is of key importance for the turbine efficiency measurement. Due to the low aspect ratio of the turbine stator vanes secondary flow structures dominate particularly at the hub at the exit of the second stator and rotor. At the exit of the first rotor the interaction region of stator and rotor wakes and secondary flows clearly appears periodically with the stator vane pitch at a fixed location in the stationary frame of reference. By changing the circumferential position of the first stator row relative to the second one, the location of this interaction region can be adjusted relative to the leading edge of the second stator. The investigations were aimed at collecting data for modeling the interactions between above-mentioned the interaction region and boundary layers developed on the second stator vanes versus relative positions of turbine stators (clocking). However, the high three-dimensionality of the flow induced by secondary vortex and wake interactions causes only minor changes of loss over vane span in the second stator and high, but local, in the second rotor versus stator clocking. In result, the local span-wise efficiency variation versus the stator clocking could be out of phase in the radial direction. Therefore, the overall change of the turbine efficiency for nominal speed was found to be only marginal. Some potential of reducing losses in boundary layers and secondary flows was found as a beneficial effect of stator clocking. At this point it has to be pointed out that this rather small effect on the turbine efficiency is characteristic for the tested turbine geometry, which was designed using classical steady calculation method with „mixing plane” approach. It must not lead to a general conclusion, that clocking has a minor influence on efficiency. During the project, the numerical modeling applying a commercial code three-dimensional Navier-Stokes calculations of the flow, especially of profile pressure distribution on the first and second stators and rotors profiles, was conducted. In this case of the stationary simulations the „frozen rotor” interface between stationary and rotational domains was applied. Steady numerical approaches approximate the real flow in turbines, but unfortunately they neglect some aspects of real flow physics. However, it allows rather correct prediction of static blade pressure distribution versus clocking which was a base for boundary layer losses calculation. In this work a novel method was investigated that allows to estimate change of boundary layer and secondary flow losses versus clocking position basing on vane pressure measurements and calculations. The modified bowed vanes in the first stator were applied to provide a better insight into the first-stator wake-shape interaction versus stator clocking. Measurements and computations clearly show that this modification is effective and the flow field is significantly modified in the hub region of the second stator. The aerodynamic performance of the modified turbine has been improved of about 0.5 % due to the enhanced flow control in the second stator and lower interaction between vortical structures of the first and second stators. This clocking strategies give slightly higher benefit, which is a result stronger of the first stator wake interaction with the downstream stator row. The clocking of the first stator blade row does not affect the time-averaged flow profiles of the first stage, but clearly influences the circumferential positions of low-pressure region behind the first rotor. The strength of those effects is related to vane/blade loading of the downstream rows and have a potential to influence the formation of wake and secondary flow structures in the downstream blade rows. The current study has demonstrated that the evaluation of overall potential clocking effect requires the consideration of loss changes in all blade/vane rows of the turbine. The research work intends to shed further light on the issue of vane/blade loss changes versus clocking by investigations of the time-averaged static pressure distributions on the turbine profile.

17

Porównanie jednowymiarowych modeli obliczeniowych przepływu ściśliwego i nieściśliwego płynu w dławicy labiryntowej

Joachimiak D., Krzyślak P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Maszyny Robocze i Transport

|

2011

|

Nr 64

51-67

PL

W artykule przedstawiono istotę działania uszczelnień labiryntowych oraz niektóre aspekty stosowania różnych wariantów ich konstrukcji. Publikacja zawiera opis modeli obliczeniowych, w których zakłożono przepływ izentalpowy. Pierwszy model uwzględnia przepływ ściśliwy, a drugi nieściśliwy. Dla założonego rodzaju gazu, jego parametrów termodynamicznych, zdefiniowanej geometrii i typu uszczelnienia za pomocą modeli wyznacza się początkowo rozkład liniowy spadku ciśnienia, a następnie rzeczywisty rozkład ciśnienia i wartości pozostałych parametrów termodynamicznych gazu. Określa się również prędkość i liczbę Macha w poszczególnych przewężeniach. W obliczeniach nie uwzględnia się lepkości płynu, pomijana jest również wymiana ciepła pomiędzy gazem a ściankami uszczelnienia.

EN

In the results of calculations of compressible model in article were compared was and incompressible for flow by labirynth seals. Near put the same the value of pressures before and for clearence seal: the course of fall of pressure, speed on length the seal as well as value of leakage differ considerably. Summing up it is possible to show apication considered computational models calculation. Incompressible model has first of all use in seal which liquid swims. From simplifying it can be applied to labirynth gas seals analysis near low differences of pressures. It is possible one dimensional compressible model apply to all labirynt seals in which it swims gauzes and we have the large differences of pressures. Introduced models make possible determination parameters thermodynamic flows through for defined seal geometry. The practically introduced computational tools will to be of service to designing to the stand project for the research of labirynth seals, as well as the foreseeing of measured thermodynamical values in definite points the designed seals on measuring position.

18

Experimental validation of numerical model within a flow configuration of the model Kaplan turbine

Krzemianowski Z., Banaszek M., Tesch K.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. 15, nr 3

297-307

EN

This paper investigates validations of flow within a model Kaplan turbine. This includes comparison of various turbulence models and their influence on torque and power generated by the turbine. Numerical were compared with experimental data.

19

Calculation of labyrinth seals with extraction

Joachimiak D., Krzyślak P.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2011

|

Vol. 16, no 1

5-14

EN

The paper presents a method for calculation of labyrinth seals with extraction. It involves a disorder of movement by interfering with the flow and bringing some irrelevant value of the mass stream out of a specific point of the labyrinth packing and outside the seal. It is described how to detect changes in the seal geometry by introducing a diagnostic parameter. The results of calculations are determined by an algorithm based on linearizations of de Saint - Venant equations.

20

Nowoczesne układy sterowania i diagnostyki górniczych maszyn przepływowych

Szymański Z.

Zeszyty Naukowe. Górnictwo / Politechnika Śląska

|

2007

|

z. 280

369-380

PL

W artykule przedstawiono modele matematyczne górniczych stacji wentylatorowych, złożone z wentylatorów promieniowych, układów napędowych zawierających: silnik synchroniczny lub silnik indukcyjny, elementów sterujących przepływem powietrza (zespół klap regulacyjnych, czujniki i przetworniki pomiarowe). Dla wybranej konstrukcji stacji wentylatorowej opracowano modele symulacyjne w programie MATLAB - Simulink. W układach sterowania i diagnostyki stacji zastosowano komputer przemysłowy. W artykule przedstawiono przykładowe algorytmy sterujące, zapewniające bieżącą kontrolę parametrów stacji, diagnostykę wybranych elementów stacji oraz sygnalizację stanów awaryjnych. Wyniki obliczeń symulacyjnych były zweryfikowane w warunkach rzeczywistych KWK.

EN

In the paper present's a mathematical models of fun mine stations, composed with radial fun and drives systems containing: induction or synchronous motors, air flow control elements (group of regulating traps, sensors and measurements converters). For selected construction of the fan stations realized a simulations models in MATLAB -Simulink program. In diagnostic and control systems applied an industrial computer. The paper present's a selected control algorithms, assured on line monitoring of stations parameters, diagnostics of selected stations elements, and signalling of damage stations states. Results of computer calculations were verified in industrial conditions.