Проектирование осевой турбины авиационного двигателя
Определение основных геометрических, кинематических и термодинамических параметров в целом и ее отдельных ступеней, которые обеспечивают расчетные значения удельных и общих параметров двигателя. Профилирование лопатки рабочего колеса турбины двигателя.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.09.2012 |
| Размер файла | 293,8 K |
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/
Проектирование осевой турбины авиационного двигателя
Введение
Данная работа содержит упрощенный вариант газодинамического расчета осевой турбины, при котором вариантный поиск оптимальных (компромиссных) параметров заменяется надежными статистическими рекомендациями, полученным при систематизации материалов по расчету турбин современных ГТД. Проектирование выполняется по исходным параметрам, полученным в термогазодинамическом расчете двигателя.
Цель проектирования осевой авиационной турбины состоит в определении основных геометрических, кинематических и термодинамических параметров в целом и ее отдельных ступеней, которые обеспечивают расчетные значения удельных и общих параметров двигателя. В этой связи задачи проектирования предполагают: выбор основных геометрических параметров проектируемой турбины при заданных параметрах рабочего тела с учетом целевого назначения ГТД; распределение теплоперепада по ступеням, выполнение расчета параметров потока в зазорах между ступенями; расчет параметров потока в элементах проточной части второй ступени турбины на среднем диаметре; выбор закона закрутки и расчет изменения параметров потока вдоль радиуса (высоты лопатки) проектируемой ступени; выполнение профилирования рабочих лопаток проектируемой ступени.
1. Проектный расчет основных параметров турбины высокого давления
1.1 Расчет геометрических и режимных параметров турбины ВД
Геометрические параметры турбины, которые необходимо определить, приведены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Геометрическая модель осевой турбины
1. Определяется величина отношения Dср/h2 (h2 - высота рабочих лопаток на выходе из турбины ВД) по формуле
,
где ет - параметр напряжений, величина которого обычно располагается в пределах (13…18)•103 м2/с2.
Принимаем ет=15•103 м2/с2. Тогда:
С целью получения высокого КПД желательно иметь . Поэтому выбирается новое значение . Тогда,
2. Задаваясь величиной осевой скорости газа на входе в турбину (С0=150 м/с), определяют приведенную осевую скорость л0 (л0=0,20…0,25)
;
Кольцевая площадь на входе в СА турбины ВД:
3. Вычисляем кольцевую площадь на выходе из турбины . Для этого предварительно оценивают величину осевой составляющей скорости на выходе из турбины . Принимаем, что /= 1,5; . Тогда
; ;
.
4. По выбранной величине , определяется высота рабочей лопатки на выходе из турбины ВД:
.
5. Средний диаметр на выходе из турбины ВД
.
6. Периферийный диаметр на выходе из РК:
.
7. Втулочный диаметр на выходе из РК:
.
8. Форма проточной части имеет вид: Поэтому:
Высота сопловой лопатки на входе в турбину оценивается следующим образом:
.
9. Периферийный диаметр соплового аппарата на входе в турбину ВД:
.
10. Втулочный диаметр на входе в турбину ВД:
.
11. Частота вращения ротора турбины ВД:
.
1.2 Построение меридионального сечения проточной части турбины ВД
Наличие меридиональной формы проточной части необходимо для определения характерных диаметров Di в любом контрольном сечении ступени, а не только в сечениях «0» и «2». Эти диаметры служат основой при выполнении, например, расчета параметров потока на различных радиусах проточной части, а также проектирования профилей контрольных сечений пера лопатки.
1. Ширина венца соплового аппарата первой ступени:
принимаем кСА = 0,06
2. Ширина венца рабочего колеса первой ступени:
принимаем кРК = 0,045
3. Ширина венца соплового аппарата второй ступени:
4. Ширина венца рабочего колеса второй ступени:
5. Осевой зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом обычно определяется из соотношения:
Осевой зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом первой ступени:
6. Осевой зазор между рабочим колесом первой ступени и сопловым аппаратом второй ступени:
7. Осевой зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом второй ступени:
8. Радиальный зазор между торцами перьев лопаток и корпусом обычно принимается в диапазоне 0,8…1,5 мм. В нашем случае принимаем: .
2. Газодинамический расчет турбины ВД
2.1 Распределение теплоперепада по ступеням. Термодинамические параметры рабочего тела на входе и выходе из ступеней
1. Найдем среднее значение теплоперепада на ступень
.
Теплоперепад последней ступени принимают равным:
Принимаем:
кДж/кг
Тогда:
кДж/кг
2. Определим степень реактивности (для второй ступени)
м
;
; .
3. Определим параметры термодинамического состояния газа на входе во вторую ступень
; ;
; ; .
4. Вычислим величину изоэнтропической работы в ступени при расширении газа до давления .
Принимаем :
.
5. Определим параметры термодинамического состояния газа на выходе из ступени при условии изоэнтропического расширения от давления до : ; .
6. Вычислим степень понижения газа в ступени:
.
7. Определим полное давление на входе в ступень:
,
8. Угол выхода потока из РК принимаем .
9. Газодинамические функции на выходе из ступени
; .
10. Статическое давление за ступенью
.
11. Термодинамические параметры потока на выходе из ступени при условии изоэнтропического расширения от давления до
; .
12. Величина изоэнтропической работы в ступени при расширении газа от давления до
.
2.2 Расчёт ступени по среднему диаметру Параметры потока за сопловым аппаратом
1. Определим изоэнтропическую скорость истечения газа из СА:
.
2. Определим приведенную изоэнтропическую скорость потока на выходе из СА:
;
3. Коэффициент скорости СА принимаем: .
4. Газодинамические функции потока на выходе из СА:
; .
5. Определим по таблице коэффициент восстановления полного давления: .
6. Угол выхода потока из сопловых лопаток:
;
Где .
7. Угол отклонения потока в косом срезе СА:
.
8. Эффективный угол на выходе из сопловой решетки
.
9. Угол установки профиля в решетке находим по графику в зависимости от .
Принимаем: ; ; .
10. Хорда профиля лопатки СА
.
11. Значение оптимального относительного шага определяется по графику в зависимости от и :
12. Оптимальный шаг решетки СА в первом приближении
.
13. Оптимальное число лопаток СА
.
Принимаем .
14. Окончательное значение оптимального шага лопаток СА
.
15. Величина горла канала СА
.
16. Параметры термодинамического состояния газа на выходе из СА при условии изоэнтропического расширения в сопловой решетке
; .
17. Статическое давление в зазоре между СА и РК
.
18. Действительная скорость газа на выходе из СА
.
19. Термодинамические параметры потока на выходе из СА
;
; .
20. Плотность газа на выходе из СА
.
21. Осевая и окружная составляющие абсолютной скорости потока на выходе из СА
;
.
22. Окружная составляющая относительной скорости потока на входе в РК
.
23. Угол входа потока в РК в относительном движении
.
24. Относительная скорость потока на входе в РК
.
25. Термодинамические параметры газа на входе в РК
;
; .
26. Приведенная скорость потока в относительном движении
.
27. Полное давление в относительном движении воздуха
.
Параметры потока на выходе из РК
28. Термодинамические параметры потока
;
;.
29. Изоэнтропическая скорость потока в относительном движении
.
30. Приведенная изоэнтропическая скорость потока в относительном движении:
.
Принимаем , т.к. относительное движение - энергоизолированное движение.
31. Приведенная скорость потока в относительном движении
Примем: ,
Тогда:
; .
32. С помощью графика определяем коэффициент восстановления полного давления: .
33. Угол выхода потока из РК в относительном движении (15є<в2<45є)
Вычислим:
;
.
34. Определим по таблице угол отклонения потока в косом срезе рабочих лопаток: .
35. Эффективный угол на выходе из РК
.
36. Определим по таблице угол установки профиля в рабочей лопатке:
Вычислим:; .
37. Хорда профиля лопатки РК
.
38. Значение оптимального относительного шага решетки РК определяем по таблицам: .
39. Относительный шаг решетки РК в первом приближении
.
40. Оптимальное число лопаток РК
.
Принимаем .
41. Окончательное значение оптимального шага лопаток РК
.
42. Величина горла канала рабочих лопаток
.
43. Относительная скорость на выходе из РК
44. Энтальпия и температура газа на выходе из РК
; .
45. Плотность газа на выходе из РК
46. Осевая и окружная составляющие относительной скорости на выходе из РК
;
.
47. Окружная составляющая абсолютной скорости потока за РК
48. Абсолютная скорость газа за РК
.
49. Угол выхода потока из РК в абсолютном движении
50. Полная энтальпия газа за РК
.
2.3 Расчет эффективной работы ступени с учетом потерь на трение диска и в радиальном зазоре
Чтобы определить эффективную работу ступени , необходимо учесть потери энергии, связанные с утечками рабочего тела в радиальный зазор и трением диска ступени о газ. Для этого определяем:
51. Удельная работа газа на лопатках РК
52. Потери на утечку, которые зависят от конструктивных особенностей ступени.
В конструкциях современных турбин ГТД для снижения утечек обычно на рабочих колесах применяются бандажи с лабиринтными уплотнениями. Утечки через такие уплотнения вычисляются по формуле:
Принимаем коэффициент расхода лабиринтного уплотнения:
Площадь зазора определяется из выражения:
Для определения давления сначала находятся изоэнтропическая приведенная скорость потока на выходе в РК на периферийном диаметре и соответствующая газодинамическая функция:
; .
Давление на периферии
.
Отношение давлений на уплотнении
Принимаем число гребешков:
.
Тогда:
Потери на утечки
53. Потери энергии на трение диска ступени о газ
,
где D1вт берется по чертежу проточной части
;
54. Суммарная потеря энергии на утечки и трение диска
55. Полная энтальпия газа на выходе из РК с учетом потерь на утечки и трение диска
;
56. Энтальпия газа по статическим параметрам на выходе из РК с учетом потерь на утечки и трение диска
;
57. Полное давление газа на выходе из РК с учетом потерь на утечки и трение диска
58. Действительная эффективная работа ступени
59. Действительный к.п.д. ступени
, где
;
60. Отличие действительной эффективной работы от заданной
,
что составляет 0,78%.
2.4 Расчет параметров потока на различных радиусах
При значениях Dср/hл < 12 по высоте лопатки возникает переменность параметров потока, определяемая влиянием центробежных сил и изменением окружной скорости. В этом случае для снижения потерь энергии лопатки необходимо выполнять закрученными. Применение закона закрутки dб/dr = 0 позволяет повысить технологическое качество лопаток. Применение закона б1=const позволяет выполнять сопловые венцы с б1л=const, а закон б2=const позволяет улучшить технологичность лопаток соплового венца последующей ступени.
Определение параметров для втулочного сечения лопатки
1. Относительный диаметр втулки
2. Угол выхода потока в абсолютном движении
3. Коэффициент скорости
4. Абсолютная скорость потока на выходе из СА
5. Окружная составляющая абсолютной скорости
6. Осевая составляющая абсолютной скорости
7. Изоэнтропическая скорость истечения газа из СА
8. Термодинамические параметры на выходе из СА
; ;
; ; .
9. Статическое давление
.
10. Плотность газа
11. Окружная скорость во втулочном сечении на входе в РК
12. Окружная составляющая относительной скорости на входе в РК
13. Угол входа потока в РК в относительном движении
.
14. Относительная скорость у втулки
15. Термодинамические параметры на входе в РК в относительном движении
, ,
16. Полное давление на входе в РК в относительном движении
17. Приведенная относительная скорость на входе в РК
Параметры в периферийном сечении
18. Относит. диаметр периферийного сечения
19. Угол выхода потока из СА в абсолютном движении
20. Коэффициент скорости
21. Абсолютная скорость на выходе из СА
22. Окружная и осевая составляющие абсолютной скорости
23. Изоэнтропическая скорость истечения газа из СА
24. Термодинамические параметры потока на выходе из СА
;
, ; .
25. Статическое давление
26. Плотность газа
27. Окружная скорость вращения колеса на периферии
28. Окружная составляющая относительной скорости на входе в РК
29. Угол входа потока в РК в относительном движении
.
30. Относительная скорость потока на периферии
31. Термодинамические параметры потока в относительном движении на входе в РК
,
32. Полное давление на входе в РК в относительном движении
.
33. Приведенная относительная скорость на входе в РК
Расчет параметров потока на выходе из РК
34. Относительный диаметр втулки
35. Угол потока в абсолютном движении
36. Окружная скорость во втулочном сечении на выходе из РК
37. Статическое давление на выходе из РК
38. Термодинамические параметры в РК
,
39. Изоэнтропическая скорость потока на выходе из РК
40. Приведенная изоэнтропическая скорость
41. Скорость потока за РК в относительном движении.
, где
коэффициент скорости .
42. Термодинамические параметры потока на выходе из РК
;
43. Плотность газа за рабочим венцом
44. Угол выхода потока в относительном движении
45. Окружная и осевая составляющие относительной скорости потока
46. Абсолютная скорость на выходе из рабочего венца
47. Окружная составляющая абсолютной скорости
48. Полная энтальпия и температура потока на выходе из РК
49. Газодинамические функции на выходе из РК
;
50. Полное давление потока в абсолютном движении на выходе из РК
Расчет параметров в периферийном сечении на выходе из РК
51. Относительный диаметр периферийного сечения
52. Угол потока в абсолютном движении
53. Окружная скорость в периферийном сечении на выходе из РК
54. Статическое давление на выходе из РК
55. Термодинамические параметры при изоэнтропическом расширении в РК
;
56. Изоэнтропическая скорость потока на выходе из РК
57. Приведенная изоэнтропическая скорость
58. Скорость потока за РК в относительном движении
Коэффициент скорости ;
59. Термодинамические параметры потока на выходе из РК
;
60. Плотность газа за рабочим венцом
61. Угол выхода потока в относительном движении
62. Окружная и осевая составляющие относительной скорости потока
63. Абсолютная скорость выхода из РК
64. Окружная составляющая абсолютной скорости
65. Полная энтальпия и температура потока на выходе из РК
66. Газодинамические функции на выходе из РК
;
67. Полное давление потока в абсолютном движении на выходе из РК
По проведенным расчетам строим треугольники скоростей.
3. Профилирование лопатки рабочего колеса
двигатель турбина термодинамический авиационный
Таблица 1. Исходные данные для профилирования лопаток РК
|
Исходный параметр и расчетная формула |
Размерность |
Контрольные сечения |
|||
|
Dвт |
Dср |
Dп |
|||
|
D (по чертежу проточной части ступени) |
м |
0,890 |
0,949 |
0,9983 |
|
|
мм |
41,1 |
43,8 |
46,1 |
||
|
град |
84,1 |
74,9 |
62,4 |
||
|
град |
48,4 |
25,4 |
44,3 |
||
|
- |
0,8024 |
0,8678 |
0,9045 |
Таблица 2. Рассчитанные величины для профилирования лопаток РК
|
Величина |
Формула |
Втулка |
Средний диаметр |
Периферия |
|
|
b, мм |
52,025 |
54,75 |
65,857 |
||
|
r2, мм |
1,418 |
1,314 |
1,245 |
||
|
r1, мм |
2,094 |
1,916 |
2,074 |
||
|
cm, мм |
7,284 |
5,475 |
4,704 |
||
|
, град |
87,1 |
74,9 |
59,4 |
||
|
, град |
46,3 |
24,49 |
43,4 |
||
|
аr, мм |
29,714 |
18,157 |
31,675 |
||
|
, град |
12 |
16 |
20 |
||
|
, град |
61,837 |
48,711 |
70,262 |
||
|
S, мм |
45,866 |
41,139 |
61,988 |
||
|
хс, мм |
18,209 |
16,425 |
16,464 |
||
|
, град |
13 |
11 |
9 |
||
|
, град |
8 |
7 |
6 |
Заключение
В курсовой работе была рассчитана и построена проточная часть турбины высокого давления, произведен кинематический расчет второй ступени турбины высокого давления на среднем диаметре, расчет эффективной работы с учетом потерь на трение диска и в радиальном зазоре, расчет параметров по высоте лопатки при законе закрутки б=const с построением треугольников скоростей. Было выполнено профилирование лопатки рабочего колеса в трех сечениях.
Список источников
1. Термогазодинамическое проектирование осевых турбин авиационных ГТД с помощью р-i-T функций: Учеб. пособие / Н.Т. Тихонов, Н.Ф. Мусаткин, В.Н. Матвеев, В.С. Кузьмичев; Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2000. 92. с.
2. Мамаев Б.И., Мусаткин Н.Ф., Аронов Б.М. Газодинамическое проектирование осевых турбин авиационных ГТД: Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1984, 70 с.
3. Проектный расчет основных параметров турбокомпрессоров авиационных ГТД: Учеб. пособие / В.С. Кузьмичев, А.А. Трофимов; КуАИ. Куйбышев, 1990. 72 с.
4. Термогазодинамический расчет газотурбинных силовых установок. Дорофеев В.М., Маслов В.Г., Первышин Н.В., Сватенко С.А., Фишбейн Б.Д.М., «Машиностроение», 1973, 144 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Термогазодинамический расчет двигателя, выбор и обоснование параметров. Согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет турбины и профилирование лопаток РК первой ступени турбины на ЭВМ. Расчет замка лопатки турбины на прочность.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 12.03.2012Проект двигателя для привода газоперекачивающего агрегата. Расчет термодинамических параметров двигателя и осевого компрессора. Согласование параметров компрессора и турбины, профилирование компрессорной ступени. Газодинамический расчет турбины на ЭВМ.
курсовая работа [429,8 K], добавлен 30.06.2012Согласование параметров компрессора и турбины и ее газодинамический расчет на ЭВМ. Профилирование лопатки рабочего колеса и расчет его на прочность. Схема процесса, проведение токарной, фрезерной и сверлильной операций, анализ экономичности двигателя.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.03.2011Проектирование центробежного турбокомпрессора, состоящего из центробежного компрессора и радиально-осевой газовой турбины. Уточнение расчетных параметров и коэффициента полезного действия турбины. Расчет соплового аппарата и рабочего колеса турбины.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.05.2021Расчет и профилирование элементов конструкции двигателя: рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора, турбины. Методика расчета треугольников скоростей. Порядок определения параметров камеры сгорания, геометрических параметров проточной части.
курсовая работа [675,3 K], добавлен 22.02.2012Расчет параметров потока и построение решеток профилей ступени компрессора и турбины. Профилирование камеры сгорания, реактивного сопла проектируемого двигателя и решеток профилей рабочего колеса турбины высокого давления. Построение профилей лопаток.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.02.2012Термогазодинамический расчет двигателя. Согласование работы компрессора и турбины. Газодинамический расчет осевой турбины на ЭВМ. Профилирование рабочих лопаток турбины высокого давления. Описание конструкции двигателя, расчет на прочность диска турбины.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.01.2012Профилирование лопатки первой ступени турбины высокого давления. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу. Расчет и построение решеток профилей РК турбины на ПЭВМ.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2012Выбор и обоснование мощности и частоты вращения газотурбинного привода: термогазодинамический расчет двигателя, давления в компрессоре, согласование параметров компрессора и турбины. Расчет и профилирование решеток профилей рабочего колеса турбины.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.12.2011Проектирование проточной части авиационного газотурбинного двигателя. Расчёт на прочность рабочей лопатки, диска турбины, узла крепления и камеры сгорания. Технологический процесс изготовления фланца, описание и подсчет режимов обработки для операций.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 22.01.2012
