31

1 Подготовка и анализ исходных данных

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.

Рабочие лопатки работают в газовом потоке с некоторой температурной неоднородностью. Но она несущественна, так как осредняется из-за высокой частоты вращения. Поэтому можно учитывать только радиальную неоднородность потока, полагая, что для среднего сечения коэффициент радиальной неоднородности потока η=0,05.

Греющая температура:

Таким образом, для обеспечения эффективной работы турбины достаточно применения конвективной схемы охлаждения, представленной на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – Поперечное сечение охлаждаемой лопатки.

Охлаждающую температуру находим по формуле:

где – температура торможения из-за последней ступени

компрессора высокого давления,

– величина снижения температуры в связи с применением схемы подачи воздуха с предварительной закруткой ;

Рисунок 1.2– Схема подвода охлаждающего воздуха

– подогрев воздуха центробежными силами:

,

где – радиус подвода охлаждающего воздуха,

– длина канала подвода воздуха.

= 30⁰С – конвективный подогрев в магистралях подвода,

Принимаем Т_Л=1150 К.

Определяем эффективность охлаждения:

Т.к. греющая температура меньше 1450К, выбираем тип охлаждения – конвективный.

По рисунку 1.3 определяем потребный расход охлаждающего воздуха – 1,5 %.

Рисунок 1.3– Зависимость эффективности охлаждения от расхода

охлаждающего воздуха для различных способов охлаждения:

1–конвективное;2–конвективно-заградительное;3–пористое охлаждение;

Проверка пропускной способности каналов лопатки

Сечение каналов должно быть достаточным для пропуска заданного расхода

воздуха выделенного на охлаждение т.е.

Где m=0,6 – коэффициент расхода учитывающий неравномерность поля скоростей воздуха в поперечном сечении каналов связанную с наличием ламинарного погранслоя.

Па –давление газа на выходе из канала;

Па–полное давление на входе в канал ;

–газодинамическая функция, определяемая по отношению давлений:

кг/с –расход воздуха через первый канал;

кг/с –расход воздуха через второй канал;

Тогда м²; м²

С помощью графического редактора КОМПАС-V12 определяем площади каналов мм²> мм² , мм²> мм² т.е. площадей каналов достаточно для того чтобы пропустить потребный расход воздуха через

лопатку.

В ходе выполнения данного раздела были подготовлены исходные данные, рассчитан потребный расход охлаждающего воздуха и выбран конвективный тип охлаждения, также была произведена проверка пропускной способности каналов лопатки.

2 Создание сетки конечных элементов

Создание сетки производим на ЭВМ с помощью подмодуля САПР “Расчетная сетка”. Этот подмодуль является частью САПР охлаждаемых лопаток турбин и предназначен для автоматизированного построения сетки триангуляционных (треугольных) элементов внутри плоской многосвязанной области для решения уравнений теплопроводности и термонапряженного состояния.

Создаем файл “Описание контура vova.st, содержащий описание наружного и внутреннего контуров расчетной области координатами опорных точек. При создании описания придерживаемся следующих правил:

1. Сечение лопатки должно располагаться в первом квадранте координатной системы так, чтобы для координат любой точки выполнялось условие Х>0, Y>0.

2. Количество опорных точек должно быть минимальным (достаточным для описания контура прямолинейными отрезками).

3. Сначала задаются координаты опорных точек наружного контура при обходе его от произвольной точки против часовой точки. Затем задаются координаты одного из внутренних контуров (каналов охлаждения) по часовой стрелке. Абсциссе первой точки присваивается знак “–“.

Программа “Создание расчетной сетки” GRID1.EXE – основная рабочая программа подмодуля. После запуска программа запрашивает имя файла с описанием контура. Задаем vova.st. В результате работы программы создается файл vova.set, содержащий информацию о созданной сетке в форме, пригодной для межпрограммного обмена.

Распечатка файла vova.st представлена в таблице 1.1

Таблица 1.1–Распечатка файла vova.st

1 1.000000

69

81

0

0

10.249500 10.037200 10.002700 10.178700 10.799400 11.775000 12.908300

14.118100 15.775400 17.289000 18.985300 20.959700 22.746700 24.713301 26.303699

27.803301 28.939199 29.686600 29.837999 29.309200 28.949100 28.504900 27.581699

26.273399 24.199499 21.884399 19.691601 18.028200 16.122200 14.449500 13.210600

12.018800 11.259500 10.807600 10.497700 -11.211200 11.689000 12.398600 13.248100

14.392500 16.214899 17.594200 18.009001 20.050714 19.130459 18.447088 17.739599

16.763700 16.043797 14.871400 14.514400 12.700600 11.704900 11.253800 10.990300 -23.019699

20.810301 19.032499 20.441099 22.351500 24.767799 26.033800 26.799101

26.949600 27.132700 27.176201 26.567301 25.699100 24.675200

15.201000 14.723500 14.191800 13.639400 12.935900 12.088800 11.242900

10.574300 10.067400 10.034500 10.504300 11.742200 13.438100 15.757900 18.206100

21.032400 23.810101 26.356400 27.314100 27.762501 27.575001 26.749901 25.100201

23.161699 20.736099 18.652100 17.185301 16.374201 15.774000 15.521500 15.528200

15.780700 15.843400 15.696000 15.484400 14.783100 14.832800 14.658700 14.495300

14.512800 14.798000 15.158400 15.307400 12.188427 11.672621 11.371566 11.140300

11.041900 11.110744 11.348500 11.494100 12.667900 13.488500 13.903800 14.406900

15.279100 12.985000 15.693200 16.450300 17.692900 19.898001 21.199600 22.214899

22.329000 22.269400 22.067900 20.877800 19.181101 17.397800

14.880844 15.643964 16.330772 17.246517 18.238573 19.078005 19.688501

20.527933 21.214741 21.825237 22.435734 22.969917 23.580414 24.190910 24.801407

25.335590 25.793463 26.251335 26.709208 27.243391 14.194036 13.507228 12.133612

11.523115 11.294179 13.125668 13.812476 14.651908 15.415029 16.178148 16.864956

17.704390 18.467508 19.306942 19.993750 20.833181 21.443678 22.130486 22.817293

23.580414 24.190910 25.030342 25.640839 26.251335 28.311760 28.845943 29.151192

18.543821 19.001694 19.383253 19.764812 20.146374 11.022728 10.697894 10.554585

10.755218 12.057300 27.648716 12.744107 27.167080 29.335344 27.078348 26.784086

27.341082 27.414646 26.910198 27.645851 27.729925 27.456684 27.362101 26.492809

27.705204 27.349440 27.853170 26.736794 27.902254 20.388206 20.122368 18.534147

18.959776 19.398300

10.912619 10.607370 10.531059 10.607370 10.683682 11.065243 11.523115

12.057300 12.667795 13.354604 13.965099 14.575596 15.186092 15.949212 16.712332

17.628077 18.391197 19.154318 20.070061 20.985806 11.141555 11.599427 12.515171

13.049356 15.415029 15.109780 15.033468 15.033468 15.109780 15.262404 15.415029

15.720276 16.101837 16.483397 16.864956 17.322828 17.780701 18.238573 18.925381

19.535877 20.146374 20.833181 21.596302 22.359423 24.648783 25.793463 26.632895

15.567652 14.880844 14.270348 13.507228 12.973043 13.472475 13.854632 14.389652

14.972442 15.338717 22.046291 12.057300 22.969917 27.158838 22.487682 22.456156

22.214441 22.592777 22.739906 22.372080 22.729397 22.918566 21.815086 22.744326

21.689095 23.331057 23.113228 23.167685 23.838369 12.470745 11.749185 15.057114

14.463815 13.741537

Конечноэлементная сетка изображена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Конечноэлементная сетка

В ходе выполнения данного раздела была создана сетка триангуляционных (треугольных) элементов внутри плоской многосвязанной области для решения уравнений теплопроводности и термонапряженного состояния.