Сайт, ориентированный на поддержку интернет-магазина "Аккаунт"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор и согласование одновального газогенератора ТРДД

1.1 Предварительный расчет параметров компрессора и турбины газогенератора

1) Расход воздуха через внутренний контур двигателя

2) Работа, затрачиваемая на привод вентилятора

Принимаем , тогда

3) Температура на входе в компрессор высокого давления (на выходе из вентилятора)

4) Давление на входе в компрессор

где - коэффициент сохранения полного давления во входном направляющем аппарате [1, стр. 9];

- коэффициент сохранения полного давления в переходном канале между каскадами компрессора [1, стр. 9];

- коэффициент восстановления полного давления во входном устройстве двигателя, принимаем , так как расчет ведется при стандартных земных условиях [1, стр. 9].

5) Работа, затрачиваемая на привод КВД

Принимаем , тогда

6) Потребная внутренняя удельная работа турбины газогенератора

где - коэффициент, учитывающий отбор воздуха на охлаждение , массу впрыскиваемого топлива и механические потери ротора газогенератора .

Принимаем .

Работу первой ступени принимаем равной Lcт I=0,65*Lт=266,391 кДж,

Соответственно, работа второй ступени равна Lcт II=0,35*Lт=143,441 кДж,

7) Окружная скорость на среднем диаметре турбины

Условная адиабатическая скорость:

где - КПД турбины, зависящий от КПД ступеней, входящих в турбину.

Окружная скорость на среднем диаметре:

где - характеристика Парсона, принимаем [1, стр. 12];

z - число ступеней турбины газогенератора, по прототипу принимаем z = 2.

8) Температура газа за первой ступенью турбины

9) Температура газа за второй ступенью турбины

10) Температура в корневом сечении неохлаждаемых лопаток турбины



11) Температура рабочей лопатки с учетом ее охлаждения

где

температура охлаждающего воздуха, принимается в первом приближении равной температуре воздуха за компрессором газогенератора

- безразмерная температура, для внутренней конвективной системы находится в диапазоне 0,2…0,25. Принимаем . [1, стр. 14].

12) Запас прочности рабочих лопаток турбины

Принимаем [1, стр. 14].

Принимаем работы двигателя на расчетном режиме .

13) По температуре и выбранному ресурсу определяется материал лопаток и предел длительной прочности этого материала.

Принимаем материал ЭИ-617, предел длительной прочности .

14) Допустимые напряжения растяжения в корневом сечении рабочих лопаток турбины



Для двухступенчатой турбины определяется напряжение растяжения у корня рабочих лопаток первой ступени

Проверяется запас прочности в лопатках первой ступени

, должно быть

15) Определение относительной высоты рабочих лопаток

где Ф=0,5…0,7 - коэффициент формы лопаток, учитывающий степень утонения лопаток турбины от корня к периферии, принимаем Ф=0,7 [1, стр. 16];

- плотность материала турбинных лопаток, принимаем .

16) Приведенная скорость и угол на выходе из турбины газогенератора

Принимаем [1, стр. 16].

17) Отношение полных давлений в турбине

18) Площадь кольцевого сечения канала на выходе из турбины

где

- расход газа на выходе из турбины;

- коэффициент, учитывающий массу впрыскиваемого топлива и расход воздуха на охлаждение [1, стр. 17];

- полное давление за турбиной;

- полное давление перед турбиной;

- коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания [1, стр. 17].

В данном случае:

19) Высота лопатки на выходе из турбины

20) Средний диаметр турбины на выходе

21) Наружный диаметр турбины

22) Внутренний диаметр турбины

23) Относительный диаметр втулки на выходе из турбины

24) Площадь кольцевого сечения канала на входе в первую ступень турбины

В первом приближении принимаем

, принимаем [1, стр. 18].

25) Выбор формы проточной части

Принимаем форму проточной части , тогда

26) Частота вращения ротора газогенератора

27) Приведенная скорость на выходе из компрессора газогенератора

, принимаем [1, стр. 19].

28) Температура, давление воздуха и критическая скорость на выходе из компрессора газогенератора

29) Скорость на выходе из компрессора



30) Площадь кольцевого сечения канала на выходе из компрессора

- коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей по высоте проточной части и наличие пограничного слоя у наружной и внутренней стенок корпуса. Принимаем [1, стр19].

31) Отношение кольцевых площадей входа и выхода компрессора газогенератора

Здесь показатель политропы сжатия в компрессоре

32) Площадь кольцевого сечения канала на входе в компрессор

33) Относительный диаметр втулки последней ступени компрессора

Принимаем [1, стр. 20].

34) Средний диаметр на выходе из компрессора



35) Выбор формы проточной части компрессора

Выбираем форму проточной части с

36) Относительный диаметр втулки для первой ступени компрессора газогенератора

37) Диаметры на входе в компрессор газогенератора

38) Высота лопатки последней ступени компрессора

39) Окружная скорость на внешнем диаметре первой ступени компрессора газогенератора

40) Средний диаметр компрессора газогенератора

41) Средний диаметр турбины газогенератора

42) Число ступеней компрессора газогенератора

где - число ступеней газогенератора;

- параметр согласования компрессора и турбины газогенератора, определяющий соотношение конструктивных и геометрических параметров газогенератора [1, стр. 2].

Округляем до ближайшего целого числа, =11.

2. Детальный расчет турбины одновального газогенератора ТРДД

2.1 Эскиз проточной части турбины

Определение длин проточной части каскадов турбины проводится по следующим зависимостям [2, стр. 148]:

Площадь кольцевого сечения на выходе каждой ступени турбины

- по графику, соответственно значению (i - порядковый номер ступени).

;

Относительный диаметр втулки на выходе каждой ступени турбины

;

.

Высота пера рабочей лопатки (по выходной кромке) каждой ступени турбины

;

.

Наружный диаметр выхода из ступени турбины

;

.

Диаметр втулки на выходе из ступени турбины

;

.

Определяется отношение для первой и последней ступеней каскада турбины

Определяется удлинение рабочих лопаток турбины (отношение высоты пера лопатки по выходной кромке к ширине ее на среднем диаметре) для первой и последней ступеней каскада турбины. Рекомендуется



Ширина рабочих лопаток для первой и последней ступеней каскада турбины

Ширина лопаток сопловых аппаратов

Осевой зазор между венцами

Длина каскада турбины



2.2 Поступенчатый расчет турбины по среднему диаметру

Дальнейший детальный расчет турбины будет проводится без учета особенностей, связанных с охлаждением. Исключение составит только учет влияния охлаждения на скоростные коэффициенты сопловых и рабочих лопаток, некоторые геометрические соотношения и КПД турбины.

Последовательность расчета охлаждаемой ступени турбины приводится ниже.

1) Расход газа на входе в турбину (из предварительного расчета)

2) Средний диаметр на входе в турбину определяется по эскизу меридионального сечения проточной части турбины

3) Высота лопаток на выходе из соплового аппарата определяется по рисунку меридионального сечения проточной части турбины

4) Высота рабочих лопаток первой ступени на выходе

5) Окружная скорость на среднем диаметре на входе в ступень

6) Давление адиабатно-заторможенного потока на входе в турбину (предварительный расчет)

7) Температура торможения газа на входе в турбину (см. исходные данные)

8) Адиабатный тепловой перепад

9) Условная скорость при адиабатном расширении газа, соответствующая адиабатному тепловому перепаду ступени

10) Приведенная скорость

11) Статическое давление за первой ступенью

12) Степень реактивности

В первых высокотемпературных ступенях, учитывая их относительно небольшие высоты лопаток, желательно принять малые степени реактивности Принимаем

13) Адиабатная работа расширения в соплах

14) Адиабатная работа расширения в рабочем колесе

15) Скоростной коэффициент соплового аппарата выбирается с учетом рекомендаций ([1], стр. 47)

16) Теоретическая скорость на выходе из соплового аппарата

17) Действительная скорость на выходе из соплового аппарата

18) Температура газа за сопловым аппаратом

19) Приведенная теоретическая скорость на выходе из сопла



20) Статическое давление за сопловым аппаратом

21) Плотность газа за сопловым аппаратом

22) Угол выхода из сопла

Проверка реактивности в корневом сечении ступени:

23) Скорость потока газа на входе в рабочее колесо первой ступени в относительном движении

24) Угол входа потока на рабочую решетку в относительном движении

25) Скоростной коэффициент рабочей решетки зависит от суммы углов на входе и выходе из решетки и выбирается в соответствии с рекомендациями ([1], стр. 47)

26) Скорость газа на выходе из рабочей решетки в относительном движении

27) Температура торможения потока в относительном движении на входе в решетку рабочего колеса турбины

28) Приведенная относительная скорость на выходе из ступени

29) Полное давление в относительном движении на выходе из турбины

30) Угол выхода потока из рабочей решетки в относительном движении

31) Абсолютная скорость потока за рабочим колесом первой ступени

Угол абсолютной скорости потока за рабочим колесом



32) Приведенная скорость на выходе из первой ступени

В предварительном расчёте были выбраны угол и приведенная скорость на выходе из турбины По результатам детального расчёта получено и Такое расхождение параметров можно принять.

2.3 Определение шага и числа лопаток в рабочих решетках турбины

Угол поворота потока в рабочей решётке (в радианах):

Относительный оптимальный шаг решётки при нулевой толщине выходной кромки:

Поправочный коэффициент , учитывающий влияние режима работы ступени:

Поправочный коэффициент, учитывающий толщину выходной кромки:

Хорда решётки



где , выбираем

Число лопаток в решётке рабочего колеса:

2.4 Определение шага и числа лопаток в сопловых решетках турбины

Угол поворота потока в рабочей решётке (в радианах):

Относительный оптимальный шаг решётки при нулевой толщине выходной кромки

Поправочный коэффициент , учитывающий влияние режима работы ступени:

Поправочный коэффициент, учитывающий толщину выходной кромки:

Хорда решётки:

где выбираем

Число лопаток в решётке рабочего колеса:

3. Расчет параметров потока по радиусу ступени турбины

Согласно рекомендациям ([1], стр. 103) принимаем для первой ступени профилирование по закону постоянной по радиусу циркуляции (. Расчет проводится в 3-х сечениях: корневом, среднем и концевом.

За основу расчета принимаются величины, полученные при расчете ступени по среднему диаметру, предполагая, что течение воздуха в пределах ступени происходит по цилиндрическим поверхностям тока.

Радиус переходной галтели (закругления) для корневого и концевого сечения лопаток:

Расчетные сечения в корневых и периферийных частях

Радиус турбины

Радиус среднего сечения первой ступени

Относительные радиусы расчетных сечений

В силу того что дальнейший расчет всех сечений аналогичен, численные значения приведены только для корневого сечения. Результаты расчета остальных сечений приведены в таблице 3.1.

Порядок расчета следующий.

1) Осевая составляющая абсолютной скорости потока газа на входе в рабочее колесо

2) Осевая составляющая абсолютной скорости газа на выходе из рабочего колеса

3) Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в рабочее колесо ступени

4) Окружные составляющие абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса ступени

5) Абсолютная скорость газа на входе в колесо

6) Абсолютная скорость газа на выходе из колеса

7) Приведенная скорость на входе в колесо

8) Приведенная скорость потока на выходе из колеса

9) Окружная скорость колеса на входе

10) Окружная скорость колеса на выходе

11) Угол входа потока в решетку рабочих лопаток в относительном движении

12) Угол входа потока в решетку рабочих лопаток в относительном движении

13) Угол поворота потока в решетке рабочего колеса



14) Относительная скорость потока на входе в рабочую решетку

15) Относительная скорость потока на выходе из рабочей решетки

16) Угол потока на входе в рабочую решетку в абсолютном движении

17) Угол потока на выходе из рабочей решетки в абсолютном движении

18) Температура торможения в относительном движении

19) Приведенная скорость в относительном движении на входе в колесо

20) Приведенная скорость в относительном движении на выходе из колеса

21) Статическое давление на входе в колесо

22) Статическое давление на выходе из колеса

23) Степень реактивности

Таблица 3.1 - Результаты расчета параметров потока по радиусу ступени турбины

Параметр	Сечения
	Корневое сечение	Среднее сечение	Концевое сечение
	211,81877	211,8188	211,8188
	252,26562	252,2656	252,2656
	645,87395	607,8279	575,2041
	8,4355486	7,938642	7,512553
	679,72079	643,6785	612,9657
	252,40662	252,3905	252,3775
	1,0697931	1,013067	0,964729
	0,4057769	0,405751	0,40573
	364,30909	387,1124	409,0683

Выводы

Проведен термогазодинамический расчет турбины газогенератора двигателя Д30КУ-154 I. Спрофилированы рабочие лопатки первой ступени по высоте в трех сечениях турбины, а также построены треугольники скоростей для рабочих лопаток турбины по среднему диаметру. Произведено построение проточной части турбины. Результаты построения профилей является удовлетворительными.

Список литературы

компрессор газогенератор турбина термогазодинамический

1. Емин О.Н., Карасев В.Н., Ржавин Ю.А. Выбор параметров и газодинамический расчет осевых компрессоров и турбин авиационных ГТД: Учебное пособие. М.: Дипак, 2003. 156 с.

2. Ахмедзянов А.М. и др. Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД: Учебное пособие. Уфа: УГАТУ, 1990. 340 с.

3. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1970. 610 с.

4. Ржавин Ю.А. Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. М.: Издательство МАИ, 1995. 342 с.

5. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М., Кузьмичев В.С. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин; Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т. Самара, 2006, с. 316

Размещено на Allbest.ru