- •Оглавление
- •Часть I. Методика выполнения теплового расчета судового газотурбинного двигателя (гтд) 9
- •1.3.1. Расчет параметров рабочего тела в первой ступени турбины 20
- •1.3.2. Расчет размеров основных элементов проточной части турбины 26
- •Часть II. Пример теплового расчета судового газотурбинного двигателя 31
- •Глава 1. Пример расчета тепловой схемы газотурбинного двигателя 31
- •Глава 2. Пример расчета параметров рабочего тела в проточной части пропульсивной турбины 42
- •2.5.1. Размеры первой ступени турбины 61
- •2.5.2. Размеры второй ступени турбины 62
- •2.5.3. Размеры третьей ступени турбины 62
- •Глава 3. Пример расчета параметров газа в проточной части турбины компрессора 65
- •3.1. Определение числа ступеней турбины 65
- •Введение
- •Часть I. Методика выполнения теплового расчета судового газотурбинного двигателя (гтд)
- •Выбор тепловой схемы гтд
- •1.2. Расчет тепловой схемы гтд
- •1.3. Расчет основных параметров рабочего тела в проточной части пропульсивной турбины
- •1.3.1. Расчет параметров рабочего тела в первой ступени турбины
- •1.3.2. Расчет размеров основных элементов проточной части турбины
- •1.4. Расчет турбины компрессора
- •Часть II. Пример теплового расчета судового газотурбинного двигателя глава 1. Пример расчета тепловой схемы газотурбинного двигателя
- •1.1. Расчет параметров воздуха на входе в компрессор
- •1.2. Расчет параметров воздуха в конце его сжатия в компрессоре (точка 1)
- •1.3. Определение параметров воздуха на выходе из регенератора (точка 2)
- •1.4. Определение параметров газовой смеси на выходе из камеры сгорания
- •1.5. Определение параметров газа на выходе из турбины компрессора (точка 4)
- •1.6. Определение параметров газа за пропульсивной турбиной (точка 5)
- •1.7. Параметры газа за регенератором (точка 7)
- •1.8. Определение эффективных показателей работы пропульсивной турбины
- •Глава 2. Пример расчета параметров рабочего тела в проточной части пропульсивной турбины
- •2.1. Определение числа ступеней турбины
- •2.2. Расчет первой ступени
- •2.3. Расчет второй ступени
- •2.4. Расчет третьей ступени
- •2.5. Определение размеров основных элементов проточной части пропульсивной турбины
- •2.5.1. Размеры первой ступени турбины
- •2.5.2. Размеры второй ступени турбины
- •2.5.3. Размеры третьей ступени турбины
- •Глава 3. Пример расчета параметров газа в проточной части турбины компрессора
- •3.1. Определение числа ступеней турбины
- •3.2. Расчет первой ступени турбины компрессора
- •3.3. Определение размеров основных элементов проточной части первой ступени турбины компрессора
- •Библиографический список
2.4. Расчет третьей ступени
Исходные данные для проведения расчета.
Параметры газа на входе в третью ступень турбины (точка 0) соответствуют параметрам газа на выходе из второй ступени (точка 4)
Энтальпия
,
Давление
,
Температура
,
Удельный
объем
,
Теплоемкость
газа
,
Секундный
расход газа
,
Скорость
входа потока газа в ступень
,
Срабатываемый
в ступени теплоперепад
.
Определяем теплоперепад, срабатываемый в направляющем аппарате третьей ступени
.
Давление газа на выходе из направляющего аппарата третьей ступени определяем по уравнению
.
Определяем теоретическую абсолютную скорость выхода газа из направляющего аппарата
.
Действительная скорость выхода газа из направляющего аппарата ступени будет равна
.
Потери энергии в направляющем аппарате составят
.
Определяем действительный теплоперепад в направляющем аппарате ступени
.
Рассчитываем параметры газа на выходе из направляющего аппарата:
Энтальпия
,
Температура газа
,
Удельный объем газа
.
Далее рассчитываем величину окружной скорости на рабочем колесе третьей ступени
.
Выбираем
угол выхода потока газа из направляющего
аппарата третьей ступени
.
Рассчитываем относительную скорость входа потока газа в рабочее колесо
.
Определяем величину угла входа потока газа в рабочее колесо с относительной скоростью .
.
Затем проводим построение треугольника скоростей с целью графического определения относительной скорости и угла входа потока в рабочее колесо. Далее рассчитываем располагаемый теплоперепад на рабочих лопатках
.
Определяем давление газа за рабочим колесом ступени
.
Рассчитываем теоретическую относительную скорость выхода потока газа из рабочего колеса третьей ступени
.
Тогда действительная скорость выхода газа из рабочего колеса будет равна
.
Определяем потери энергии в рабочем колесе
.
Рассчитываем величину использованного теплоперепада
.
Параметры газа за рабочим колесом ступени будут равны:
Энтальпия
,
Температура
,
Удельный объем
.
Определяем средний диаметр облапатывания
.
Длина сопловой лопатки при будет равна
.
Длина рабочей лопатки равняется
.
Определяем угол выхода потока газа из рабочего колеса
.
Тогда
.
Абсолютная скорость выхода газа из рабочего колеса ступени будет равна
.
Рассчитываем работу газа на окружности рабочего колеса
.
Определяем окружной КПД ступени
.
Рассчитываем потери энергии:
на трение и вентиляцию
,
,
на утечку газа
.
Определяем внутреннюю работу в третьей ступени
.
Так
как третья ступень является последней,
то необходимо определить потери энергии
с выходной скоростью
.
Далее строится процесс расширения газа в третьей ступени турбины.
Определяем параметры газа на выходе из турбины с учетом энергии выходной скорости
Энтальпия
,
Температура
или
,
Удельный объем
,
Давление
.
Определяем суммарный внутренний теплоперепад в проточной части турбины
,
то есть
.
Определяем эффективную работу турбины
,
где
– механический КПД турбины
.
Принимаем
.
Тогда
.
Затем определяем эффективную мощность турбины и сравниваем полученное значение с данным в задании. Расчетное значение эффективной мощности не должно отличаться от заданного более чем на 5 %.
или
Отклонение полученного значения мощности от заданного составило 2,9 %, что удовлетворяет требованиям. Результаты выполненного расчета необходимо представить в виде сводной таблицы и начертить диаграмму расширения газа в проточной части всей турбины.
Таблица 1
Результаты расчета проточной части пропульсивной турбины
№ |
Наименование расчетных показаний, размерность |
Обозначение |
Ступени |
||
1 |
2 |
3 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Теплоперепад, срабатываемый в сопловом аппарате, кДж/кг |
Нас |
31,049 |
31,049 |
31,049 |
2 |
Давление за сопловым аппаратом, кПа |
Р1 |
176,764 |
140,205 |
110,533 |
3 |
Теоретическая скорость выхода газа из соплового аппарата, м/с |
Сlt |
259,295 |
258,207 |
260,018 |
4 |
Действительная скорость, м/с |
С1 |
246,33 |
245,296 |
247,017 |
5 |
Потери энергии в сопловом аппарате, кДж/кг |
hс |
3,278 |
3,25 |
3,296 |
6 |
Действительный теплоперепад, кДж/кг |
Нс |
27,771 |
27,982 |
27,936 |
7 |
Энтальпия газа на выходе из соплового аппарата, кДж/кг |
i1 |
840,725 |
796,937 |
751,258 |
8 |
Температура газа за сопловым аппаратом, К |
Т1 |
767,035 |
727,132 |
685,454 |
9 |
Удельный объем газа за сопловым аппаратом м3/кг |
V1 |
1,249 |
1,494 |
1,786 |
10 |
Окружная скорость на рабочем колесе, м/с |
u |
172,431 |
171,707 |
172,912 |
11 |
Угол выхода потока газа из соплового аппарата, град |
α1 |
12 |
14 |
17 |
12 |
Относительная скорость входа потока на рабочее колесо, м/с |
W1 |
85,542 |
88,981 |
96,043 |
13 |
Угол входа потока газа на рабочее колеса, град |
β1 |
36,777 |
41,836 |
48,761 |
14 |
Располагаемый теплоперепад на рабочих лопатках, кДж/кг |
Нал |
20,7 |
20,7 |
20,7 |
15 |
Давление газа за рабочим колесом, кПа |
Р2 |
168,766 |
127,974 |
100,074 |
16 |
Теоретическая относительная скорость выхода газа из рабочего колеса, м/с |
W2t |
221,108 |
223,016 |
225,937 |
17 |
Действительная скорость выхода газа из рабочего колеса, м/с |
W2 |
210,059 |
211,865 |
214,64 |
18 |
Потери энергии в рабочем колесе, кДж/кг |
hл |
2,383 |
2,425 |
2,498 |
19 |
Использованный теплоперепад, кДж/кг |
Нл |
18,317 |
18,397 |
18,333 |
20 |
Энтальпия газа на выходе из рабочего колеса |
i2 |
822,408 |
778,540 |
732,925 |
21 |
Температура газа на выходе из рабочего колеса, К |
T2 |
750,372 |
710,347 |
668,727 |
22 |
Удельный объем газа на выходе из рабочего колеса, м3/кг |
V2 |
1,332 |
1,599 |
1,925 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
23 |
Абсолютная скорость выхода газа из рабочего колеса, м/с |
С2 |
61,535 |
70,06 |
82,153 |
24 |
Средний диаметр рабочего колеса, м |
Dср |
0,766 |
0,763 |
0,768 |
25 |
Длина сопловой лопатки, м |
iс |
0,146 |
0,149 |
0,147 |
26 |
Длина рабочей лопатки, м |
iл |
0,15 |
0,153 |
0,151 |
27 |
Угол выхода газа из рабочего колеса, град |
β2 |
14,714 |
17,184 |
20,696 |
28 |
Работа газа на окружности рабочего колеса кДж/кг |
Нu |
46,038 |
46,379 |
46,269 |
29 |
Потери мощности на трение и вентиляцию, кВт |
Nтв |
2,494 |
2,038 |
1,758 |
30 |
Потери энергии на трение и вентиляцию, кДж/кг |
hтв |
0,192 |
0,158 |
0,136 |
31 |
Потери энергии на утечки газа, кДж/кг |
hу |
0,520 |
0,520 |
0,520 |
32 |
Внутренняя работа газа, кДж/кг |
Ні |
45,646 |
45,701 |
45,613 |
33 |
Потери с выходной скоростью, кДж/кг |
hвс |
- |
- |
3,375 |
34 |
Энтальпия газа на выходе из турбины, кДж/кг |
i5 |
- |
- |
736,956 |
35 |
Температура газа, К |
Т5 |
- |
- |
672,405 |
36 |
Удельный объем, м3/кг |
V5 |
- |
- |
1,935 |
37 |
Суммарный внутренний теплоперепад в турбине, кДж/кг |
Ні |
- |
- |
135,590 |
38 |
Расчетная эффективная мощность, кВт |
Nе |
- |
- |
1751,014 |
Р
ис.
8. Процесс расширения газа в
пропульсивной турбине
