Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя
Расчет показателей работы газотурбинного двигателя. Проверка напряженного состояния рабочей лопатки последней ступени. Распределение параметров по ступеням компрессора, степени повышения давления, входной закрутки потока на входе в рабочее колесо.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.01.2015 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовая работа
Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя
Введение
Газотурбинный двигатель однокаскадный с двухопорным ротором, простого термодинамического цикла, с отбором мощности со стороны компрессора.
Двигатель состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины и коммуникаций.
Компрессор осевой, тринадцатиступенчатый. В компрессоре предусмотрено управление углом установки лопаток входного направляющего аппарата с помощью электропривода. Также конструкцией предусмотрены клапаны перепуска для обеспечения устойчивого запуска ГТД.
Камера сгорания - противоточная, трубчато-кольцевого типа, имеет двадцать жаровых труб, которые обеспечивают работу на газообразном и жидком топливе.
Турбина ГТД четырёхступенчатая. Сопловой аппарат и рабочие лопатки первой ступени турбины охлаждаемые.
Направление вращения ротора - против часовой стрелки, если смотреть со стороны компрессора.
При запуске ГТД первоначальная раскрутка ротора производится генератором.
Через входное устройство воздух поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Из компрессора воздух попадает в камеру сгорания, в которой сжигается топливовоздушная смесь.
Продукты сгорания образуют газ, энергия которого используется в турбине.
Часть сжатого воздуха идет на охлаждение элементов турбины.
Турбина развивает мощность, необходимую для привода компрессора, а избыточная (полезная) мощность, развиваемая турбиной, используется для генератора.
Исходные данные
Температура газа перед турбиной, К - (1300)
Степень повышения полного давления - (10)
Политропический КПД компрессора - (0,89)
Изоэнтропический КПД турбины компрессора (с учетом охлаждения турбины, если оно есть) - (0,93)
Механический КПД - (0,995)
КПД электрогенератора - (0,98)
Коэффициент потерь полного давления в камере сгорания - (0,95)
Коэффициент потерь полного давления во входном устройстве - (0,99)
Степень понижения полного давления в выходном устройстве- (1,013)
Коэффициент утечек воздуха из ГВТ (0,01)
Температура воздуха на входе в ГТД, К - (288)
Давление воздуха на входе в ГТД, Па - (101325)
Показатель адиабаты воздуха - (1,4)
Газовая постоянная воздуха, - (287,05287 )
Максимальная электрическая мощность газотурбоэлектро агрегата, МВт - (60)
Низшая теплотворная способность топливного газа, кДж/кг - 45952
Полнота сгорания топлива - 0,993
Теоретически необходимое количество килограммов воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива - 17,048
ТГД расчет ГТД
ТГД - расчет ведется в САУ, с постоянным показателем адиабаты для воздуха и переменной теплоемкостью газа.
До пункта 26 расчет ведется на =1 кг воздуха.
1. Полная температура на входе в двигатель:
= =288 К
2. Полное давление на входе в двигатель:
= =
3. Изоэнтропический КПД компрессора:
=0.851
4. Полное давление за компрессором:
= Па
5. Удельная работа компрессора:
=
6. Температура воздуха за компрессором:
=603.142 К
7. Относительный расход топлива:
=
8. Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания:
=3.191
9. Полное давление газа на входе в камеру сгорания:
= Па
10. Величина относительных отборов охлаждающего воздуха:
=0.025
11. Относительный отбор охлаждающего воздуха на охлаждение турбины компрессора является суммой отборов на охлаждение и равен:
+=0.025+0.017=0.042
12. Расход воздуха через сечение Г:
=0.948
13. Расход топлива секундный на 1 кг воздуха:
=0.017
14. Расход газа через сечение Г:
=0.965
15. Газовая постоянная газа вычисляется по выражению:
=287.499
16. Определение относительной температуры газа на входе в турбину для использования в расчетном полиноме:
=1.3
17. Изобарная теплоемкость сухого воздуха:
=1.189
18. Комплекс Nn:
=3.51
19. Изобарная теплоемкость газа:
=
20. Показатель адиабаты газа на входе в турбину компрессора:
=1.305
21. Степень понижения полного давления турбины:
=9.284
22. Удельная работа турбины:
=
23. Температура «чистого» газа за турбиной:
=804.965К
24. Расход газа за турбиной:
=1.007
25. Температура газа за турбиной:
=771.4К
где - температура охлаждающего воздуха, принято =;
26. Эффективная удельная работа цикла на 1 кг воздуха:
= Дж/кг
27. Потребная эффективная мощность ГТД на валу:
= Вт
28. Расход воздуха через двигатель:
=228.86
29. Фактический расход газа:
=230.55 кг/с
30. Фактический секундный расход топлива:
=3.982кг/с
31. Часовой расход топлива:
= кг/ч
32. Располагаемая удельная энергия внесенного в двигатель топлива, приходящаяся на 1 кг воздуха:
= Дж
33. Эффективный КПД ГТД равен:
=0.378
34. В итоге, имеем КПД ГТУ на клеммах электрогенератора:
=0.37
35. Удельная работа ГТУ (аналог - удельная тяга) кВт/(кг/с):
=
Пункты проверки расчета
36. Утечки из ГВТ:
=2.288
37. Отборы на охлаждение турбины:
=8.486
38. Расход воздуха через сечение Г
=216.97 кг/с
=216.97 кг/с
39. Расход газа через сечение Г:
= 220.95кг/с
=220.95 кг/с
=220.95 кг/с
40. Расход газа через выходное устройство:
=203.765 кг/с
41. Мощность компрессора:
Вт
42. Мощность турбины, идущая на привод компрессора:
= Вт
43. Мощность турбины через G г и L т:
= Вт
44. Мощность , идущая на привод компрессора::
= Вт
45. Мощность эффективная
= Вт
46. Располагаемая энергия внесенного топлива:
= Дж
47. Эффективный КПД ГТД:
=0.3346
48. Коэффициент полезной работы
=0.436
Расчет компрессора
Назначаем приведенную окружную скорость и средний коэффициент напора [20]:
, .
Окружная скорость на концах рабочих лопаток компрессора:
=329.917
Назначаем величину приведённой скорости на входе в компрессор и определяем аксиальную площадь проточной части на входе в компрессор:
=0.762
=0.04
=1.111
Назначаем относительный диаметр втулки по входу:
Диаметр периферии на входе в компрессор:
Диаметр втулки на входе в компрессор:
=1.142 м
Высота лопатки рабочего колеса первой ступени компрессора:
= 0.281 м
Средний диаметр на входе в компрессор:
= 1.424 м
Задаем проточную часть с постоянным средним диаметром.
Назначаем величину приведённой скорости на выходе из компрессора и определяем аксиальную площадь проточной части на выходе из компрессора:
= 0.384
= 0.319
Диаметр втулки на выходе из компрессора:
=1.343 м
Диаметр периферии на выходе из компрессора:
=1.505 м
Высота лопаток спрямляющего аппарата на выходе из компрессора
= 0.0809 м
Относительный диаметр втулки на выходе из компрессора:
= 0.892
Мощность компрессора:
=
Работа компрессора:
=
Определяем число ступеней компрессора:
=13.079
Принимаем Zк=13
Частота вращения ротора компрессора:
=
Ширина компрессора:
Для определения ширины компрессора находится средняя ширина лопаточного венца:
,
- ширина лопаточного венца 1-ой и последней ступеней, определяемых:
где для ТРД:
Определяется ширина лопаточного венца входного направляющего аппарата:
,
где
И относительный осевой зазор:
Тогда ширина компрессора:
Расчет турбины компрессора
Аксиальная площадь горла соплового аппарата первой ступени ТК:
=0.039
=
Средний диаметр ТК:
= 1.709 м
Задаем проточную часть с постоянным средним диаметром
Высота лопатки соплового аппарата первой ступени ТК:
Задаем - выходной угол сопловой решетки
= 0.1759 м
Диаметр периферии соплового аппарата первой ступени ТК:
= 1.884 м
Диаметр втулки соплового аппарата первой ступени ТК:
= 1.533 м
Окружная скорость вращения РК на среднем радиусе:
Назначаем планируемое отношение :
= 0.56
Число ступеней ТК:
=
=1.752
=0.108
= 3.679
Принимаем
Пересчитываем отношение :
= 0.56
Мощность ТК:
=
Назначаем величину приведённой скорости на выходе из ТК и определяем аксиальную площадь проточной части:
= 0.713
=
Высота рабочих лопаток на выходе из ТК:
Диаметр периферии на выходе из ТК:
Диаметр втулки на выходе из ТК:
Для определения ширины ТК находится ширина спрямляющего аппарата:
где
Ширина ТК:
где - относительный осевой зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом
Ширина камеры сгорания:
Проверка напряженного состояния рабочей лопатки последней ступени ТК
Необходимо определить температуру неохлаждаемой лопатки последней ступени ТК:
По выбирается материал:
ЭИ 388
Напряжение растяжения от центробежных сил в корневом сечении лопатки:
,
где кф=0.6 - коэффициент формы пера лопатки
Коэффициент запаса прочности:
Распределение параметров по ступеням компрессора
Абсолютная величина работы сжатия в ступени зависит от температуры на входе в ступень, то сравнивать нагрузку ступеней по работе практически не возможно. Поэтому целесообразно распределять по ступеням коэффициент теоретического напора .
, .
где
Действительная работа i - ой ступени компрессора определяется следующим образом:
, где - окружная скорость
22520,5223631,324404,4924720,324938,125036,1125036,1124938,124850,9824687,6324437,1624012,4522999,68Дж |
Суммарная действительная работа компрессора определяется как сумма работ каждой ступени:
,
Распределение коэффициента полезного действия
КПД первой ступени снижается по сравнению со средним значением - это объясняется повышенным уровнем неравномерности на входе в компрессор. А относительное снижение КПД последней ступени объясняется усилившимся влиянием радиальных зазоров на коротких лопатках.
, , .
0,8583120,8790,8890,8950,8980,8990,8980,8960,8930,8880,8820,87550,869044 |
Распределение полной температуры
310,4155024333,9366049358,227292382,8323163407,654125432,5734867457,4928484482,3146571507,0497521531,6222588555,9454634579,8459386602,7383666 |
По полученным значениям проверим температуру за последней ступенью. Она должна с приемлемой точностью совпадать с температурой за компрессором Тк.
Тк = 604.147K
Распределение степени повышения давления
|
1,253995457 |
|
|
1,253175363 |
|
|
1,245223116 |
|
|
1,23220252 |
|
|
1,219049826 |
|
|
1,205919521 |
|
|
1,193072373 |
|
|
1,180739505 |
|
|
1,169675775 |
|
|
1,158896494 |
|
|
1,148507789 |
|
|
1,138049206 |
|
|
1,125323935 |
Выполним проверку. Суммарная степень повышения давления в компрессоре, равная произведению степеней повышения давления всех ступеней должна с приемлемой точностью совпадать с заданным значением.
?рст = 10,000
рк = 10,000
Распределение полного давления по ступеням
,где .
125789,5383157636,3503196292,4273241872,0235294854,0483355570,2527424221,0454500894,5472585884,2179678979,1659779812,8606887465,4071998686,0639 |
Расчет параметров компрессора на среднем диаметре
Распределение осевых составляющих приведенной скорости по проточной части:
,
Принимаем:
|
л1аi |
0,55 |
0,526 |
0,503 |
0,48 |
0,45 |
0,43 |
0,41 |
0,386 |
0,36 |
0,34 |
0,316 |
0,293 |
0,27 |
|
л2ai |
0,53 |
0,506 |
0,483 |
0,46 |
0,436 |
0,41 |
0,39 |
0,36 |
0,34 |
0,32 |
0,296 |
0,27 |
0,25 |
где .
Найдём осевые скорости. Для проверки можно воспользоваться следующими равенствами: для первых ступеней С1а = 140...230 м/с, а для последних ступеней С1а = 80...140 м/с.
Тогда осевые составляющие абсолютных скоростей на входе в рабочее колесо для каждой ступени:
,
|
177,33 |
|
|
176,12 |
|
|
174,33 |
|
|
171,86 |
|
|
168,73 |
|
|
164,93 |
|
|
160,48 |
|
|
155,40 |
|
|
149,72 |
|
|
143,46 |
|
|
136,63 |
|
|
129,26 |
|
|
121,30 |
осевые составляющие абсолютных скоростей на выходе из направляющего аппарата для каждой ступени:
|
170,88 |
169,43 |
167,40 |
164,70 |
161,34 |
157,32 |
152,65 |
147,36 |
141,48 |
135,024 |
128, |
120,44 |
112,32 |
Распределение степени реактивности:
|
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,51 |
0,52 |
0,53 |
0,54 |
0,55 |
0,56 |
0,57 |
0,58 |
0,59 |
0,6 |
Назначаем коэффициент расхода, учитывающий радиальную неравномерность поля осевых скоростей :
Аксиальные площади сечений входа в рабочие колеса ступеней по проточной части:
,
|
1,304 |
1,115 |
0,955 |
0,825 |
0,721 |
0,637 |
0,57 |
0,517 |
0,4753 |
0,44 |
0,416 |
0,398 |
0,386 |
Диаметры проточной части:
- периферии
,
|
1,716 |
1,674 |
1,638 |
1,609 |
1,585 |
1,567 |
1,552 |
1,540 |
1,530 |
1,523 |
1,517 |
1,513 |
1,511 |
- втулки
|
1,133 |
1,217 |
1,288 |
1,347 |
1,393 |
1,431 |
1,461 |
1,484 |
1,503 |
1,518 |
1,529 |
1,538 |
1,543 |
высоты лопаток рабочих колес:
h1i = 0,5 ( D1п - D1втi )
|
0,155 |
0,121 |
0,098 |
0,079 |
0,065 |
0,054 |
0,046 |
0,040 |
0,035 |
0,031 |
0,029 |
0,026 |
0,023 |
0,021 |
Окружная скорость на среднем диаметре:
,
=275,39
Коэффициент напора по окружной скорости на среднем диаметре:
,
|
0,297 |
0,312 |
0,322 |
0,326 |
0,329 |
0,330 |
0,330 |
0,329 |
0,328 |
0,326 |
0,322 |
0,317 |
0,303 |
газотурбинный двигатель лопатка компрессор
Входная закрутка потока на входе в рабочее колесо
,
|
96,81 |
94,80 |
93,39 |
90,07 |
86,92 |
83,98 |
81,23 |
78,65 |
76,06 |
73,60 |
71,30 |
69,32 |
68,40 |
Угол входа потока в рабочее колесо в абсолютном движении:
,
|
61,40 |
61,74 |
61,85 |
62,38 |
62,78 |
63,05 |
63,19 |
63,19 |
63,10 |
62,87 |
62,48 |
61,83 |
60,61 |
Критическая скорость потока на входе в ступень в абсолютном движении:
|
310,6 |
322,4 |
334,4 |
346,4 |
358,1 |
369,5 |
380,6 |
391,4 |
401,9 |
412,1 |
421,9 |
431,5 |
440,7 |
,
Приведенная абсолютная скорость на входе в ступень:
,
|
0,65 |
0,62 |
0,59 |
0,56 |
0,53 |
0,50 |
0,47 |
0,44 |
0,42 |
0,39 |
0,37 |
0,34 |
0,32 |
Окружная составляющая относительной скорости:
,
|
178,6 |
180,6 |
182,0 |
185,3 |
188,5 |
191,4 |
194,2 |
196,7 |
199,3 |
201,8 |
204,1 |
206,1 |
207,0 |
Угол набегания потока на рабочее колесо в относительном движении
,
|
44,82 |
44,30 |
43,79 |
42,86 |
41,86 |
40,77 |
39,59 |
38,32 |
36,93 |
35,43 |
33,82 |
32,11 |
30,39 |
Температура торможения на входе в рабочее колесо в относительном движении
,
|
299,2 |
322,2 |
346,1 |
371,3 |
396,8 |
422,4 |
448,1 |
473,7 |
499,2 |
524,6 |
549,8 |
574,7 |
598,8 |
Критическая скорость потока в относительном движении
,
|
316,5 |
328,5 |
340,4 |
352,6 |
364,5 |
376,1 |
387,4 |
398,3 |
408,9 |
419,2 |
429,1 |
438,7 |
447,8 |
Приведенная относительная скорость на входе в рабочее колесо
,
|
0,80 |
0,77 |
0,74 |
0,72 |
0,69 |
0,67 |
0,65 |
0,63 |
0,61 |
0,59 |
0,57 |
0,55 |
0,54 |
Аксиальные площади сечений выхода из направляющих аппаратов ступеней по проточной части:
,
|
1,261 |
1,073 |
0,916 |
0,788 |
0,686 |
0,605 |
0,541 |
0,490 |
0,449 |
0,417 |
0,393 |
0,376 |
0,364 |
Диаметры проточной части на выходе из направляющих аппаратов:
- периферии
|
1,706 |
1,664 |
1,629 |
1,600 |
1,578 |
1,560 |
1,545 |
1,534 |
1,525 |
1,518 |
1,512 |
1,508 |
1,506 |
- втулки
|
1,142 |
1,184 |
1,219 |
1,248 |
1,271 |
1,289 |
1,303 |
1,315 |
1,324 |
1,331 |
1,336 |
1,340 |
1,343 |
высоты лопаток направляющих аппаратов в выходных сечениях:
h2i = 0,5 ( D2п - D2втi )
|
0,282 |
0,240 |
0,205 |
0,176 |
0,153 |
0,135 |
0,121 |
0,109 |
0,100 |
0,093 |
0,088 |
0,084 |
0,081 |
Окружная скорость на среднем диаметре:
=275,39
Входная закрутка потока на выходе из направляющего аппарата
,
|
178,6 |
180,6 |
182,0 |
179,8 |
177,5 |
174,9 |
172,1 |
169,2 |
166,3 |
163,2 |
160,0 |
156,5 |
151,9 |
Угол выхода потока на направляющего аппарата в абсолютном движении
,
|
43,76 |
43,19 |
42,63 |
42,51 |
42,30 |
41,99 |
41,59 |
41,07 |
40,41 |
39,62 |
38,68 |
37,60 |
36,50 |
Критическая скорость потока в абсолютном движении на выходе из направляющего аппарата
,
|
322,4 |
334,4 |
346,4 |
358,1 |
369,5 |
380,6 |
391,4 |
401,9 |
412,1 |
421,9 |
431,5 |
440,7 |
449,3 |
Приведенная абсолютная скорость на выходе из направляющего аппарата
,
|
0,767 |
0,741 |
0,714 |
0,681 |
0,649 |
0,618 |
0,588 |
0,558 |
0,530 |
0,502 |
0,475 |
0,448 |
0,421 |
Окружная составляющая относительной скорости
,
|
96,8 |
94,8 |
93,4 |
95,6 |
97,9 |
100,5 |
103,3 |
106,2 |
109,1 |
112,2 |
115,4 |
118,9 |
123,5 |
Угол выхода потока из направляющего аппарата в относительном движении
,
|
60,50 |
60,80 |
60,88 |
59,91 |
58,77 |
57,46 |
55,95 |
54,25 |
52,39 |
50,31 |
48,00 |
45,40 |
42,31 |
Углы поворота потока в межлопаточном канале направляющего аппарата и рабочего колеса:
,
|
17,64 |
18,55 |
19,22 |
19,87 |
20,48 |
21,05 |
21,60 |
22,11 |
22,69 |
23,26 |
23,80 |
24,23 |
24,12 |
,
|
15,68 |
16,50 |
17,09 |
17,04 |
16,92 |
16,69 |
16,36 |
15,93 |
15,46 |
14,88 |
14,18 |
13,28 |
11,92 |
Относительные скорости на входе и выходе из ступени:
,
|
251,7 |
252,3 |
252,0 |
252,8 |
253,0 |
252,7 |
251,9 |
250,7 |
249,3 |
247,6 |
245,6 |
243,3 |
239,9 |
,
|
196,4 |
194,2 |
191,7 |
190,4 |
188,7 |
186,7 |
184,3 |
181,6 |
178,7 |
175,5 |
172,3 |
169,2 |
166,9 |
Абсолютные скорости на входе и выходе из ступени:
,
|
202,0 |
200,0 |
197,8 |
194,0 |
189,8 |
185,1 |
179,9 |
174,2 |
167,9 |
161,2 |
154,1 |
146,7 |
139,3 |
,
|
247,2 |
247,6 |
247,3 |
243,9 |
239,8 |
235,2 |
230,1 |
224,4 |
218,3 |
211,8 |
204,9 |
197,5 |
188,9 |
Назначаем распределение удлинений лопаток:
|
№ ступени |
|||
|
1 |
3,021 |
0,5526 |
|
|
2 |
2,933 |
0,5838 |
|
|
3 |
3,013 |
0,6091 |
|
|
4 |
2,965 |
0,6258 |
|
|
5 |
2,915 |
0,6431 |
|
|
6 |
2,722 |
0,6605 |
|
|
7 |
2,550 |
0,6788 |
|
|
8 |
2,483 |
0,6982 |
|
|
9 |
2,264 |
0,7222 |
|
|
10 |
2,033 |
0,7487 |
|
|
11 |
1,898 |
0,7782 |
|
|
12 |
1,627 |
0,8083 |
|
|
13 |
1,366 |
0,8249 |
Осевая ширина рабочего колеса:
,
|
92,68 |
81,63 |
68,10 |
59,76 |
53,10 |
50,27 |
48,04 |
44,74 |
45,07 |
46,69 |
47,13 |
52,54 |
60,67 |
Осевая ширина направляющего аппарата:
,
|
78,78 |
69,39 |
57,89 |
50,80 |
45,13 |
42,73 |
40,84 |
38,03 |
38,31 |
39,69 |
40,06 |
44,66 |
51,57 |
Осевой зазор
,
|
13,90 |
12,24 |
10,22 |
8,96 |
7,96 |
7,54 |
7,21 |
6,71 |
6,76 |
7,00 |
7,07 |
7,88 |
Нагруженность ступени H/Cад;
|
0,3869 |
|
|
0,3987 |
|
|
0,4071 |
|
|
0,4109 |
|
|
0,4161 |
|
|
0,4223 |
|
|
0,4299 |
|
|
0,4388 |
|
|
0,4511 |
|
|
0,4654 |
|
|
0,4819 |
|
|
0,4992 |
|
|
0,5309 |
По результатам расчёта строятся треугольники скоростей для первой и последней ступеней компрессора.
Треугольник скоростей последней ступени осевого компрессора
Треугольник скоростей первой ступени осевого компрессора
Треугольник скоростей седьмой ступени осевого компрессора
Расчет турбины в программе TURBIN.EXE
Расчет, Ступень 1 на среднем радиусе
Исходные данные
G0 = 228,8600
P0* = 953000,0000
T0* = 1300,0000
N = 3695,0000
PIST* = 1,7400
D1SR = 1,7090
D2SR = 1,7090
H1 = 0,1819
H2 = 0,2153
G1 = 0,0248
G2 = 0,0172
TB* = 604,1000
FI = 0,9700
PSI = 0,9800
RO = 0,2500
Закон профилирования пера лопатки Г=const
Результаты расчета
LAAD = 0,9702
A0* = 652,6427
LAU0 = 0,5066
U/CAD= 0,5222
T1* = 1281,2588
LAU1 = 0,5103
LA1T = 0,8402
LA1 = 0,8150
TAU1 = 0,9059
PI1T = 0,6541
ALFA1 = 14,5573
BETA1 = 36,3335
MW1 = 0,3365
LAW1 = 0,3599
TAUW1 = 0,9817
TW1* = 1182,4176
PW1* = 671611,6897
PIW2T = 0,7972
LAW2T= 0,6214
LAW2 = 0,6090
TAUW2 = 0,9475
T2 = 1120,3047
MW2 = 0,5797
A2 = 653,9354
BETA2= 18,0421
U2 = 330,6398
C2U = 29,7881
ALFA2= 75,7631
M2 = 0,1852
LA2 = 0,1994
TAU2 = 0,9944
P2* = 547700,7152
T2* = 1126,6464
LAD* = 190299,7368
LST = 178839,7915
KPDST*= 0,9398
ROBT = 0,0896
FAX1 = 0,9444
FAX2 = 1,2204
Расчет Ступень 2 на среднем радиусе
Исходные данные
G0 = 238,4721
P0* = 547700,7152
T0* = 1126,6464
N = 3695,0000
PIST* = 1,7400
D1SR = 1,7090
D2SR = 1,7090
H1 = 0,2528
H2 = 0,2759
G1 = 0,0000
G2 = 0,0000
TB* = 0,0000
FI = 0,9700
PSI = 0,9800
RO = 0,2800
Закон профилирования пера лопатки Г=const
Результаты расчета
LAAD = 0,9841
A0* = 607,5718
LAU0 = 0,5442
U/CAD= 0,5530
T1* = 1126,6464
LAU1 = 0,5442
LA1T = 0,8350
LA1 = 0,8100
TAU1 = 0,9071
PI1T = 0,6577
ALFA1 = 16,9010
BETA1 = 45,5774
MW1 = 0,3207
LAW1 = 0,3433
TAUW1 = 0,9833
TW1* = 1039,3116
PW1* = 385492,7842
PIW2T = 0,7840
LAW2T= 0,6432
LAW2 = 0,6303
TAUW2 = 0,9437
T2 = 980,8320
MW2 = 0,6011
A2 = 611,8769
BETA2= 24,3397
U2 = 330,6398
C2U = 4,4811
ALFA2= 88,3068
M2 = 0,2479
LA2 = 0,2662
TAU2 = 0,9900
P2* = 314770,6953
T2* = 990,7743
LAD* = 167335,4562
LST = 157162,8574
KPDST*= 0,9392
ROBT = 0,0460
FAX1 = 1,3573
FAX2 = 1,4652
Расчет Ступень 3 на среднем радиусе
Исходные данные
G0 = 238,4721
P0* = 314770,6953
T0* = 990,7743
N = 3695,0000
PIST* = 1,7500
D1SR = 1,7090
D2SR = 1,7090
H1 = 0,3130
H2 = 0,3377
G1 = 0,0000
G2 = 0,0000
TB* = 0,0000
FI = 0,9700
PSI = 0,9800
RO = 0,3100
Закон профилирования пера лопатки Г=const
Результаты расчета
LAAD = 1,0167
A0* = 569,7590
LAU0 = 0,5803
U/CAD= 0,5708
T1* = 990,7743
LAU1 = 0,5803
LA1T = 0,8445
LA1 = 0,8192
TAU1 = 0,9050
PI1T = 0,6510
ALFA1 = 22,9859
BETA1 = 61,4789
MW1 = 0,3546
LAW1 = 0,3788
TAUW1 = 0,9797
TW1* = 915,2045
PW1* = 222606,6359
PIW2T = 0,7471
LAW2T= 0,7019
LAW2 = 0,6879
TAUW2 = 0,9330
T2 = 853,8671
MW2 = 0,6598
A2 = 570,9025
BETA2= 31,4815
U2 = 330,6398
C2U = -9,3927
ALFA2= -87,2664
M2 = 0,3450
LA2 = 0,3687
TAU2 = 0,9807
P2* = 179869,2110
T2* = 870,6330
LAD* = 148574,0978
LST = 138967,1074
KPDST*= 0,9353
ROBT = 0,0438
FAX1 = 1,6429
FAX2 = 1,7863
Расчет Ступень 4 на среднем радиусе
Исходные данные
G0 = 238,4721
P0* = 179869,2110
T0* = 870,6330
N = 3695,0000
PIST* = 1,7500
D1SR = 1,7090
D2SR = 1,7090
H1 = 0,3795
H2 = 0,4090
G1 = 0,0000
G2 = 0,0000
TB* = 0,0000
FI = 0,9700
PSI = 0,9800
RO = 0,3400
Закон профилирования пера лопатки Г=const
Результаты расчета
LAAD = 1,0758
A0* = 534,0985
LAU0 = 0,6191
U/CAD= 0,5754
T1* = 870,6330
LAU1 = 0,6191
LA1T = 0,8740
LA1 = 0,8478
TAU1 = 0,8982
PI1T = 0,6303
ALFA1 = 32,6919
BETA1 = 78,3479
MW1 = 0,4571
LAW1 = 0,4850
TAUW1 = 0,9667
TW1* = 808,9600
PW1* = 129972,8719
PIW2T = 0,6726
LAW2T= 0,8135
LAW2 = 0,7973
TAUW2 = 0,9100
T2 = 736,1351
MW2 = 0,7743
A2 = 530,0850
BETA2= 39,9867
U2 = 330,6398
C2U = -16,1523
ALFA2= -86,4957
M2 = 0,4985
LA2 = 0,5274
TAU2 = 0,9606
P2* = 102782,6216
T2* = 766,3207
LAD* = 130557,8388
LST = 120657,7534
KPDST*= 0,9242
Cхема проточной части
Расчет на прочность пера рабочей лопатки турбины
МАТЕРИАЛ: ЭИ 696М
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
GT=2.000000 CL=2.729000E-01 RK=5.816000E-01 RP=1.127400
VP= 0.000000E+00 UPP= 0.000000E+00 APP= 0.000000E+00
EN= 3695.000000 AA= 0.000000E+00 AU= 0.000000E+00 PU=7394.000000
PAK= 10560.000000 PAP= 18857.000000 RO= 8000.000000
B= 4.100000E-02 4.100000E-02 4.100000E-02
D= 8.000000E-02 6.000000E-02 4.000000E-02
AP= 5.450000E-03 4.860000E-03 4.300000E-03
AL= 1.120000 1.030000 9.600000E-01
SPT= 600.000000 600.000000 600.000000 600.000000
600.000000 600.000000 600.000000 600.000000
600.000000 600.000000 600.000000
Результаты расчета на прочноcть пера лопатки
N X F Jmin Spakt SизгA SизгB SизгC
m m^2 m^4 МПа МПа МПа МПа
1 .00000 .227E-02 .865E-06 172.317 37.912 -44.776 -23.871
2 .02729 .216E-02 .674E-06 161.421 32.504 -37.494 -22.757
3 .05458 .205E-02 .576E-06 149.478 27.308 -30.984 -20.517
4 .08187 .193E-02 .497E-06 136.410 22.327 -24.918 -17.878
5 .10916 .182E-02 .428E-06 122.115 17.600 -19.294 -14.989
6 .13645 .170E-02 .365E-06 106.469 13.184 -14.162 -11.949
7 .16374 .159E-02 .308E-06 89.308 9.161 -9.604 -8.856
8 .19103 .148E-02 .254E-06 70.420 5.641 -5.735 -5.840
9 .21832 .136E-02 .203E-06 49.522 2.774 -2.707 -3.094
10 .24561 .125E-02 .155E-06 26.229 .779 -.717 -.944
11 .27290 .114E-02 .109E-06 .000 .000 .000 .000
N SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc
[МПa] [МПa] [МПa]
1 210.229 127.540********* 2.854 4.704 4.042
2 193.925 123.926 138.664 3.094 4.842 4.327
3 176.786 118.494 128.962 3.394 5.064 4.653
4 158.737 111.492 118.532 3.780 5.382 5.062
5 139.715 102.821 107.126 4.294 5.835 5.601
6 119.653 92.307 94.520 5.014 6.500 6.348
7 98.469 79.703 80.452 6.093 7.528 7.458
8 76.061 64.685 64.580 7.888 9.276 9.291
9 52.296 46.815 46.428 11.473 12.816 12.923
10 27.008 25.513 25.285 22.216 23.518 23.729
11 .000 .000 .000************************
В результате расчета лопатки на прочность получено распределение напряжений и коэффициентов запаса по длине пера лопатки.
Напряжения во всех сечениях пера лопатки меньше предела длительной прочности ,минимальный коэффициент запаса к=2,854. Согласно нормам прочности, минимальный запас прочности для лопаток газовых турбин -не менее 1,25-1,3,следовательно,лопатки ступени турбины имеют малую вероятность разрушения по причине статических нагрузок.
Заключение
Турбина предназначена для выработки мощности, необходимой для привода компрессора и генератора.
Турбина четырехступенчатая, состоит из аппарата соплового первой, второй, третей и четвёртой ступеней, ротора турбины, венца опорного.
Аппарат силовой первой ступени состоит из корпуса силового, секторов корпуса наружного, кольца, сотовых вставок, кожуха, лопаток сопловых, корпуса внутреннего, кольца прижимного, корпуса нижнего, экрана распределительного, накладок.
Сотовые вставки установлены в кольце. Кольцо с сотовыми вставками совместно с кожухом соплового аппарата образуют регулируемый радиальный зазор над рабочими лопатками первой ступени.
Сопловые лопатки верхним зацепом входят во вставки и фиксируются в окружном направлении выступами, входящими в пазы секторов корпуса наружного. Нижним буртом сопловые лопатки опираются на корпус внутренний. В сопловом аппарате лопатки закреплены кольцом и корпусом нижним. Снизу сопловые лопатки фиксируются в окружном направлении за выступы в корпусе нижнем.
Накладки служат для фиксации жаровых труб.
Корпус внутренний имеет вертикальный разъем для обеспечения сборки турбины.
Аппарат сопловой второй ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы.
Блок лопаток задним зацепом фиксируется в корпусе, а передним зацепом - сегментами. Сектора диафрагмы закреплены к блокам лопаток штифтами.
Сопловой аппарат имеет вертикальный разъем для обеспечения сборки турбины.
Сопловой аппарат третьей ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы, сегментов соплового аппарата с сотовыми вставками. Блок лопаток задним фланцем крепится к сегментам ступени винтами. Сегменты второй ступени крепятся винтами к корпусу СА третьей ступени и фиксируют передний зацеп блоков лопаток третьей ступени.
Сопловой аппарат четвёртой ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы, сегментов соплового аппарата с сотовыми вставками. Блок лопаток задним фланцем крепится к сегментам ступени винтами. Сегменты третьей ступени крепятся винтами к корпусу СА четвёртой ступени и фиксируют передний зацеп блоков лопаток четвёртой ступени.
Сегменты диафрагмы крепятся к блоками лопаток СА штифтами.
Опорный венец турбины состоит из копуса опорного венца, девяти стоек и трех обтекателей, кожуха внутреннего, корпуса подшипника, в котором расположены пять колодок опорного подшипника скольжения являющиеся задней опорой ротора.
Масло для смазки и охлаждения подшипника подается через трубу подвода масла.
Слив масла из опорного венца осуществляется через трубу слива масла.
Подвод воздуха на охлаждение турбины осуществляется через две трубы, с дроссельными шайбами. Для замера давления в разгрузочной полости предназначена трубка.
Подвод воздуха в разгрузочную полость турбины осуществляется через трубу, присоединенную к фланцу корпуса. Стравливание воздуха и прорвавшихся через лабиринтные уплотнения паров масла производится через трубу стравливания.
Список литературы
1. Ахмедзянов А.М., Алаторцев В.П., Аксельброд С.Е., Дружинин Л.Н., Сахабетдинов М.А. Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД. Учебное пособие - Уфа: изд. УАИ, 2010. 256 с.
2. Богомолов Е.Н., Добродеев В.П. Проектирование проточной части турбокомпрессора авиационного газотурбинного двигателя. Учебное пособие. ЯПИ - Ярославль, 2011. 68 с.
3. Богомолов Е.Н. Основы теории и выбор параметров авиационных газовых турбин. Учебное пособие. ЯПИ - Ярославль, 1986. 88 с.
4. Ремизов А.Е., Пономарев В.А. Формирование облика проточной части базового ТРДД семейства на ранней стадии проектирования. Учебное пособие. - Рыбинск: РГАТА, 2008. - 172 с.
5. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - 5-е изд., 2011. - 550 с.
6. Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей. - Москва, 2008. - 322 с.
7. Старцев Н.И., Фалалеев С.В. Конструкция узлов авиационных двигателей: Компрессор. - Самара: изд. СГАУ, 2009. - 112 с.
8. Стенькин Е.Д., Юрин А.В. Выбор основных параметров и газодинамический расчет осевого многоступенчатого компрессора авиационных газотурбинных двигателей. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 88с.
9. Васильев Б.П., Коваль В.А. Основы проектирования газотурбинных двигателей и установок. - Харьков, 2005. - 375 с.
10. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. - Пермь, 2010. - 1204с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор параметров и термогазодинамический расчет двигателя. Формирование "облика" проточной части турбокомпрессора, согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет узлов и профилирование лопатки рабочего колеса первой ступени КВД.
дипломная работа [895,3 K], добавлен 30.06.2011Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинного двигателя. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла, параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.
курсовая работа [278,4 K], добавлен 19.04.2015Тип и основные конструктивные элементы двигателя. Согласование параметров компрессора и турбины. Выбор закона профилирования. Расчет на прочность пера рабочей лопатки турбины. Выбор степени повышения давления в компрессоре. Физические константы воздуха.
дипломная работа [310,4 K], добавлен 18.03.2012Устройство и принцип работы теплового газотурбинного двигателя, его схема, основные показатели во всех основных точках цикла. Способ превращения теплоты в работу. Определение термического коэффициента полезного действия через характеристики цикла.
курсовая работа [232,8 K], добавлен 17.01.2011Разработка схемы теплоутилизационного контура газотурбинного двигателя. Определение располагаемого объема тепловой энергии газов, коэффициента утилизации теплоты, расходов насыщенного и перегретого пара. Расчет абсолютной и относительной экономии топлива.
контрольная работа [443,5 K], добавлен 21.12.2013Степень повышения давления в компрессоре. Скорость истечения газа из выходного устройства. Термогазодинамический расчет двигателя и анализ его результатов. Согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет осевого компрессора.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 15.12.2011Конструкция теплообменника ГДТ замкнутого цикла. Определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат. Тепловой, гидравлический расчет противоточного рекуперативного теплообменника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла.
курсовая работа [585,3 K], добавлен 14.11.2012Схема и принцип действия газотурбинной установки. Выбор оптимальной степени повышения давления в компрессоре теплового двигателя из условия обеспечения максимального КПД. Расчет тепловой схемы ГТУ с регенерацией. Расчёт параметров турбины и компрессора.
курсовая работа [478,8 K], добавлен 14.02.2013Расчеты газового потока в камере ракетного двигателя на сверхзвуковых и дозвуковых режимах, со скачками и без скачков уплотнения. Определение значений сил взаимодействия потока со стенками камеры и тяги двигателя. Расчет скоростей газового потока.
курсовая работа [616,3 K], добавлен 27.02.2015Компрессор наружного контура (вентилятор), низкого и высокого давления. Камера сгорания, турбина высокого и низкого давления. Удельные параметры двигателя и часовой расход топлива. Проектный расчет основных параметров компрессора высокого давления.
курсовая работа [593,1 K], добавлен 24.12.2010
