Проектировочный расчет двигателя на базе ТВ3–117 как привода для газоперекачивающей станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной расчётно-графической работе проводится проектировочный расчет двигателя на базе ТВ3-117 как привода для газоперекачивающей станции.

Последовательно проводится расчёт элементов конструкции двигателя, согласовывается работа компрессора и турбины, выбирается наиболее приемлемый закон профилирования. Рассчитываются геометрические параметры проточной части.

Расчеты ведутся при ряде допущений. Основной целью данного проекта является приобретение практического опыта в проектировании двигателя как математической модели и анализ полученных результатов.

1. Расчёт и профилирование рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора

В ходе расчёта решётки профилей рабочего колеса первой ступени компрессора, выбран закон крутки потока и , получили значения основных кинематических и геометрических параметров профилей решётки. Установили взаимосвязь кинематических параметров потока на различных радиусах, то есть рассчитали поток в решётках по радиусу для достижения высокого КПД ступени.

Расчёт треугольников скоростей на трех радиусах будем производить на ЭВМ с помощью программы ОСК.ехе

Исходные данные на ЭВМ:

Исходные данные для определения параметров потока по радиусу берем из газодинамического расчета осевого компрессора на среднем радиусе.

По результатам расчетов строим треугольники скоростей РК ОК. Рисунок 1.

Рисунок 1-Треугольники скоростей РК ОК



Треугольники скоростей РК ОК

Расчет геометрических параметров решетки профилей РК компрессора

Полученные кинематические параметры являются исходными для расчета профилей лопаток и решеток РК осевого компрессора. По результатам расчетов строим решетки профилей.

Рисунок 2.



Рисунок 2 - Решетки профилей РК компрессора

Рисунок 3 - Зависимости Са=f(Ro) и Сu=f(Ro)



Рисунок 4 - Зависимости Alf=f(Ro) и Be=f(Ro)

Вывод: В ходе расчёта решётки профилей рабочего колеса первой ступени компрессора, получили значения основных кинематических и геометрических параметров профилей решётки. Устанавили взаимосвязь кинематических параметров потока на различных радиусах, то есть рассчитали поток в решётках по радиусу для достижения высокого КПД ступени. Полученные решетки профилей удовлетворяют основным требованиям предъявленным к ним.

2. Расчёт и профилирование рабочей лопатки турбины

Расчет треугольников скоростей будем вести на трех радиусах по двум законам профилирования и , которые наиболее часто применяются в практике профилирования турбинных лопаток. При углы и менее резко изменяются по радиусу (по сравнению с другими законами профилирования), что уменьшает вероятность появления диффузорности у втулки; практически отсутствуют радиальные составляющие скорости газа, при наличии которых проседает КПД ступени. Значит и тот факт, что при , более полого изменяется по высоте лопатки, что благоприятно сказывается на КПД ступени, так как исключается вероятность подъема линий тока в нижней части лопатки, а также снижается интенсивность перетекания в радиальном зазоре.

Исходные данные для расчета параметров потока по высоте лопатки и профилирования решеток являются результаты газодинамического расчета проектируемой турбинной ступени на среднем диаметре:

м; м/с;

м;

м; К;

м; кг/с;

кг/с;

м;

м;

м/с;

м/с;

м/с;

м/с;

м/с;

м/с;

При законе закрутки и найдем следующие параметры:

1. Радиусы струек тока в сечениях 1-1 и 2-2

м;

м;

м;

м.

2. Окружные скорости на входе и выходе из рабочего колеса (РК)

м;

м;

м/с;

м/с;

м/с;

м/с.

3. Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из лопаток соплового аппарата (СА)

при

м/с;

м/с.

4. Расходная составляющая абсолютной скорости на выходе из лопаток СА

 м/с;

м/с.

5. Угол потока в абсолютном движении на выходе из лопаток СА

6. Абсолютная скорость на выходе из лопаток СА

м/с;

м/с.

7. Приведенная скорость перед РК в абсолютном движении

;

.

8. Угол потока в относительном движении на входе в лопатки РК

;

.

9. Относительная скорость на входе в лопатки РК

 м/с;

м/с.

10. Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из лопаток РК

Дж/кг;

м/с;

м/с.

11. Окружная составляющая относительной скорости на выходе из лопаток РК

м/с;

м/с.

12. Расходная составляющая абсолютной скорости на выходе из лопаток РК

м/с;

м/с.

13. Угол потока в относительном движении на выходе из лопаток РК

.

14. Угол потока в абсолютном движении на выходе из лопаток РК

;

.

15. Относительная скорость на выходе из лопаток РК

м/с;

м/с.

16. Абсолютная скорость на выходе из лопаток РК

м/с;

м/с.

17. Угол поворота потока в относительном движении

;

.

18. Температура газа за РК по заторможенным параметрам потока в относительном движении

 К;

К.

19. Приведенная скорость за РК в относительном движении

;

20. Термодинамическая степень реактивности

;

.

Расчёт треугольников скоростей в межвенцовых зазорах по высоте (по обоим законам) можно считать законченным, поскольку полученные параметры во втулочном сечении удовлетворяют условиям: (условие отсутствия диффузорности межлопаточного канала), и .

3. Расчет геометрических параметров решеток профилей

Исходными данными для определения геометрических параметров решеток профилей являются треугольники скоростей на трех радиусах и следующие конструктивные параметры, полученные в результате газодинамического расчета турбины на среднем радиусе:

Исходные данные:

м; м; ;

Вычисляем:

1. Радиусы расположения среднего, втулочного и периферийного сечений проточной части:

, ,

м.

м.

м.

2. Шаг решетки:

,

м. м.

3. Хорду профиля принимаем постоянной по высоте лопатки:

 м.

4. Угол установки профиля лопатки в решетке:

град.

5. Геометрический (конструктивный) угол решетки на входе выбираем в зависимости от углов потока и :

, , .

6. Геометрический угол решетки на выходе принимаем равным

град.

7. Угол отгиба выходной кромки :

профиля РК выбирают в пределах 15..20 градусов (при этом не меняется по высоте лопатки) принимаем град.

8. Ширина горла межлопаточного канала:

При

м.

м.

м.

9. Относительную толщину профиля лопатки :

.

10. Абсолютную толщину профиля лопатки:

м.

м.

м.

11. Относительное удаление максимальной толщины профиля :

.

.

.

12. Абсолютное удлинение максимальной толщины профиля:

м.

м.

м.

13. Радиус скругления входной кромки:

мм.

мм.

мм.

14. Радиус скругления выходной кромки:

мм.

15. Угол заострения входной кромки :

где - длина развёрткти профиля, определяемая по формуле:

- радиус окружности, равный 0.5.

м.

м.

м.

м.

м.

м.

град.

град.

град.

16. Угол заострения выходной кромки неохлаждаемых венцов выбираем 10 град и принимаем постоянным по высоте лопатки.

17. Угол, образованный лучом, проходящим через центры окружностей радиусами и , и фронтом решетки:

град.

град.

град.

Значение параметров сведены в таблицу 4. Таблица 4

04 12 06 2 1.318 290. Дата, nr, kz, kг, Rг

330.330.029.0335 D1c, D2c, h1, h2

958.963.797.330 fi, psi, Л1, Roтc

168.00 171.00 490.00 -54.20 C1ac, C2ac, C1uc, C2uc

18.90 46.50 24.00 9.84 9.84 alf1c, be1c, be2c, G1, G2

19100.0 1130. n, T2*

Лопатка СА - nr=0, лопатка РК - nr=1.

Закон кpутки: 0 - C1u*r=const, C2u*r=const;

(kz) 1 - alf1 (r)=const, L(r)=const;

2 - alf1 (r)=const, be2 (r)=const.

По результатам расчёта первой ступени осевой турбины на пяти радиусах были построены решетки профилей ступени.

Рисунок 5.

Рисунок 5 - Решетки профилей РК турбины



Рисунок 5 - Решетки профилей РК турбины

Треугольники скоростей турбины представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Треугольники скоростей РК турбины

Рисунок 6 - Треугольники скоростей РК турбины



Рисунок 7 - Зависимости Са=f(Ro) и Сu=f(Ro)

Рисунок 8 - Зависимости Lc=f(Ro) и Lw=f(Ro)

Рисунок 9 - Зависимости Alf=f(Ro) и Be=f(Ro)

Вывод: Таким образом, мы спрофилировали лопатку турбины по высоте Был проведён расчет основных параметров турбины и основываясь на полученные данные построили профиля решёток.

1. Расчёт камеры сгорания

Исходные данные для расчета:

Рисунок 10 - КС кольцевого типа

1. Расход воздуха G_в=10.13 кг/с

2. Температура воздуха на выходе из компрессора (сечение К-К) =602.8 К.

3. Температура газа по заторможенным параметрам на выходе =1280 К.

4. Полное давление воздуха на выходе из компрессора =1051000 Па.

5. Коэффициент восстановления полного давления КС =0.96.

6. Коэффициент восстановления полного давления КС =0.984

7. Коэффициент полноты сгорания КС =0.98

8. Коэффициент полноты сгорания в зоне горения =0.82

9. Стехиометрическое количество воздуха для используемого топлива

(природный газ) = 17.2 .

10. Теплотворная способность топлива =50500 .

11. Коэффициент избытка воздуха КС =3.655

12. Коэффициент избытка воздуха на выходе из фронтового устройства =0.5

13. Коэффициент избытка воздуха в конце зоны горения =1.5

14. Диаметр компрессора на входе D_K=0.33 м

15. Относительный внутренний диаметр компрессора на выходе =0,902

16. Диаметр турбины на входе в СА =0.359 м.

17. Относительный внутренний диаметр турбины на входе в СА =0,815

18. Относительный диаметр КС - прототипа =1,28

19. Относительный внутренний диаметр КС - прототипа =0,39

20. Относительный диаметр жаровой трубы =0,92

21. Относительный внутренний диаметр жаровой трубы =0,54

22. Относительный диаметр фронтового устройства =0,48

(h_Ж - высота жаровой трубы)

23. Относительный внутренний диаметр фронтового устройства =0,36

24. Коэффициент учета зазора между головками =0.6.

25. Относительная длина диффузора КС

26. Относительная длина жаровой трубы

27. Относительная длина головки жаровой трубы

28. Относительная длина зоны горения

29. Относительная длина газосборника жаровой трубы

Для этих типов КС Расчет газодинамических параметров в характерных сечениях проводиться по следующим соотношениям:

- расход топлива ,

кг/с

- расходы воздуха в характерных сечениях КС:

кг/с

кг/с

кг/с,

Температура газа по заторможенным параметрам в конце зоны горения рассчитывается итерационным путем с использованием следующего соотношения:

,

двигатель компрессор турбина лопатка

Дж/кг*К - приближенная эмпирическая зависимость воздуха на выходе из компрессора от его температуры по заторможенным параметрам

, - приближенная эмпирическая зависимость газов в конце зоны горения от их температуры по заторможенным параметрам (значение первого приближения).

Плотность воздуха на входе в КС и газов в конце зоны горения определяют как:

,

Второе приближение

Основные геометрические параметры кольцевых камер сгорания определяются по следующим соотношениям:

Корпус КС:

,

Жаровая труба:

Фронтовое устройство:

Количество головок жаровой трубы кольцевой КС определяется как:

Осевые размеры конструктивных элементов и зон КС:



Скорости рабочего тела в характерных сечениях КС:

В результате мы получаем эскиз камеры сгорания рисунок 11.

Рисунок 11-Камера сгорания

Вывод: Приведенные расчёты показывают, что спроектированная камера сгорания отвечает современным требованиям: хорошей экономичностью, приемлемой температурой в зоне горения и сравнительно небольшими габаритами. Построение камеры сгорания велось с прототипа, относительные диаметральные и линейные размеры были исходными данными для получения нужной формы камеры сгорания.

4. Расчёт выходного устройства

Целью данного расчета является определение геометрических размеров и основных параметров, характеризующих работу реактивного насадка, установленного за камерой смешения.

Исходные данные:

По результатам расчета строим проточную часть диффузора. Эскиз представлен на рисунке 12.

Рисунок 12-Чертеж выходного диффузора

Вывод: В ходе нахождения основных параметров выходного устройства были проведены расчеты и получены геометрические параметры выходного устройства. Полученные данные отвечают рациональным параметрам необходимым для обеспечения стабильной работы газотурбинной установки.

Заключение

В данной расчетно-графической работе выполнено профилирование рабочего колеса ступени осевого компрессора и газовой турбины, расчёт кольцевой камеры сгорания, расчёт ВУ.

Спрофилировали рабочую лопатку первой ступени осевого компрессора на среднем диаметре по следующим данным: мм, мм, мм, приминив закон профилирования . Число рабочих лопаток 32 шт. Построили треугольники скоростей РК компресора.

При профилировании ступени газовой турбины применили закон профилирования . Спрофилировали рабочую лопатку первой ступени турбины на среднем диаметре по следующим данным: мм, мм, мм, Число рабочих лопаток 73 шт. Построили треугольники скоростей РК турбины.

При расчете кольцевой КС определили данные: м, м, м, м, м, м, м, м. По результатам расчета построили КС.

В ходе расчёта выходного устройства определили: м, м, м. По результатам расчета построили ВУ.

Список использованной литературы

1. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин / К.В. Холщевников. - М.: «Машиностроение», 1970. - 610 с.

2. Коваль В.А. Профилирование лопаток авиационных турбин / В.А. Коваль. - Х.: «ХАИ», 1986. - 48 с.

3. Клячкин А.Л. Теория воздушно - реактивных двигателей / А.Л. Клячкин. - М.: «Машиностроение», 1969. - 512 с.

4. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.Н. Теория авиационных газотурбинных двигателей / Ю.Н. Нечаев, Р.Н. Федоров. - М.: ч. II, «Машиностроение», 1978. - 610 с.

5. Грига А.Д. Расчет камер сгорания ВРД / А.Д. Грига. - Х.: «ХАИ», 1985. - 48 с.

6. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей / Г.С. Скубачевский. - М.: «Машиностроение», 1974. - 520 с.

7. Незым В.Ю. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора / В.Ю. Незым. - Х.: «ХАИ», 1988. - 44 с.

8. Анютин А.Н. Расчет и профилирование реактивного насадка воздушно - реактивных двигателей / А.Н. Анютин. - Х.: «ХАИ», 1972. - 48 с.

Размещено на Allbest.ru