Исследование термонапряжённого состояния охлаждаемой лопатки турбореактивного двигателя с форсажной камерой сгорания

Техническое задание на исследование термонапряженного состояния охлаждаемой лопатки ТРДФ

1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: Рабочая лопатка 1-й ступени турбины ротора высокого давления.

2. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ: Двухвальный ТРДФ тягой на взлетном режиме 53,1 кН (М=0, Н=0) для боевого самолета.

3. ЦЕЛЬ исследования: Исследование термонапряженного состояния лопатки

4. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: результаты проектирования по теории лопастных машин и конструкции двигателей:

температура торможения в относительном движении 1290К;

давление на входе в РК 0.652МПа;

давление на выходе из РК 0.535МПа;

относительная скорость на входе в РК 198.1м/с;

относительная скорость на выходе из РК 403.2м/с;

температура торможения за компрессором

(в ступени отбора воздуха) 589.2К;

полное давление за компрессором (в ступени отбора) 0.993МПа;

расход газа через газогенератор 67.5кг/с;

отбор воздуха на охлаждение 1.5%;

хорда профиля в среднем сечении 44.7мм;

радиус входной кромки 2.36мм;

высота лопатки 132.5мм;

угол входа 53.850;

угол выхода 24.950 ;

угол установки профиля 55,90;

частота вращения 11390.5об/мин;

средний диаметр 577мм;

интенсивность газовых сил

в окружном направлении 2039Н/м;

в осевом направлении 5547Н/м;

радиус подвода воздуха 288,5мм;

число лопаток 47шт;

шаг решетки 38,57мм;

В процессе исследования исходные данные могут уточняться или быть изменены по согласованию с консультантом.

6. Исследование должно вестись по плану представленному в таблице 1. В процессе исследования план может быть скорректирован и изменен по согласованию с консультантом.

7. ОТЧЕТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ: Результаты исследования должны быть изложены в пояснительной записке. Содержание записки изложено в таблице 1.

7.1. Примерный перечень иллюстративного материала, представляемого в записке:

схемы подвода воздуха к лопатке и движения воздуха по лопатке;

граничные условия теплообмена (изменение коэффициента теплоотдачи и греющей температуры) по контуру лопатки;

конечно-элементная расчетная сетка с указанием критической точки;

диаграммы термонапряженного состояния (неохлаждаемый, начальный вариант, оптимальный варианты);

поле температуры и напряжений оптимального варианта.

7.2. В записке должны быть приведены распечатки файлов с исходными данными и результатами расчетов: Grurez.txt, Grudef.txt, Sirenko1.st, Sirenko1.tm, и др.

7.3. Текст должен быть набран на компьютере. Рекомендуемый шрифт - Times New Roman, интервал - обычный, размер - 12 или 14. Межстрочный интервал - одинарный или полуторный.

Таблица 1

7. ПОРЯДОК СДАЧИ И ПРИЕМКИ РАБОТЫ: Сдача работы проводится в форме публичной защиты с оценкой по пятибалльной системе. Пояснительная записка должна быть сдана на проверку не позднее, чем за два дня до установленного срока сдачи.

8. СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ: Начало выполнения - 22 сентября 2008 г.

Защита - до 15декабря 2008 г.

1. Расчет теплового состояния охлаждаемой лопатки

лопатка турбореактивный температура теплоотдача

Выбирая схему охлаждения, следует учитывать опыт создания уже реализованных и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации конструкций, а так же технологические возможности производства, новейшие достижения в этой области.

Исходная геометрия охлаждаемой лопатки, полученная из результатов проектирования по теории лопаточных машин и конструкции двигателей.

В качестве параметра, характеризующего эффективность различных схем охлаждения, используют величину, называемую глубиной охлаждения:

.

Важнейшими параметрами для проектирования охлаждаемой лопатки являются “греющая” температура ТГР и “охлаждающая” температура воздуха на входе в лопатку ТОХЛ.

Рабочие лопатки работают в газовом потоке с некоторой окружной температурной неоднородностью. Но она несущественна, так как усредняется из-за высокой частоты вращения. Поэтому нужно учитывать только радиальную неоднородность потока, полагая, что для среднего сечения коэффициент радиальной неоднородности потока з=0,05. Тогда греющая температура равна:

Таким образом, исходя из рекомендаций [1] () для обеспечения эффективной работы турбины достаточно применения конвективной схемы охлаждения, которая изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Поперечное сечение конвективно охлаждаемой лопатки

Температура охлаждающего воздуха зависит от способа его подвода. В данном случае (см. рисунок 1) подвод воздуха осуществляется из-за последней ступени компрессора высокого давления через систему отверстий со спутной закруткой.

Охлаждающую температуру определяем по формуле:

,

где - температура торможения за последней ступени компрессора высокого давления,

- изменение температуры вследствие спутной закрутки,

= -75К

- подогрев воздуха центробежными силами.

- окружная скорость,

- радиус подвода охлаждающего воздуха,

- длина канала подвода воздуха.

- конвективный подогрев в магистралях подвода,

Из соображений достижения необходимого ресурса турбины [1] принимаем ТЛ=1170 К.

Определяем эффективность охлаждения

По графику 2 [1] определяем расход охлаждающего воздуха (1,5%), согласно способу охлаждения лопатки (конвективное).

1.2 Расчет коэффициентов теплоотдачи на наружной поверхности лопатки