Периферийное сечение:
140. Относительный диаметр периферийного сечения:
,
где
берется с чертежа меридиональной формы
проточной части турбины ВД.
141. Угол потока в абсолютном движении:
142. Окружная скорость вращения:
В случае, когда 65 > α2 СР > 115:
143. Абсолютная скорость потока на выходе из РК:
144. Осевая составляющая скорости:
145 Окружная составляющая скорости:
146. Окружная составляющая относительной скорости:
,
если α2
<
90;
,
если α2
> 90,
таким образом, для данного расчета:
147. Угол выхода потока в относительном движении:
148. Скорость потока в относительном движении на выходе из РК:
149. Относительная скорость на выходе из РК при изоэнтропическом расширении:
где
- коэффициент скорости
150 Величина приведенной изоэнтропической скорости:
151. Статическое давление за рабочим венцом:
;
;
;
152. Плотность газа за рабочим венцом:
;
;
;
153. Полная энтальпия и температура потока на выходе из РК:
;
154. Газодинамические функции на выходе из РК:
;
155. Полное давление потока в абсолютном движении на выходе из РК:
По результатам расчетов вычерчиваются треугольников скоростей на выходе из РК для всех трех контрольных сечениях: втулочного, периферийного и сечения на среднем диаметре. Совместив входные и выходные треугольники скоростей для соответствующих расчетных сечений, получим возможность оценить требуемую интенсивность изменения формы профилей по высоте лопатки рабочего венца ступени турбины.
Данные чертежи представлены в приложении Г.
5. Профилирование лопаточных венцов рабочих колес
На заключительном этапе газодинамического проектирования ступени турбины выполня-ется построение профилей сечений лопаток рабочего колеса. Результаты выбора исходных данных представлены в таблице 1.
Значение шага t решетки в расчетном сечении:
,
где D Р - диаметр расчетного сечения;
z л РК = 94 - оптимальное число лопаток в венце РК.
Таблица 1 - Исходные данные для профилирования лопаток РК
-
Исходный пара метр
Размерность
контрольные сечения
D вт
D ср
D п
D
м
0,8060
0,8506
0,8932
t
мм
26,9388
28,4287
29,8509
β1
град.
23,91
26,85
30,53
β2
град.
19,39
17,46
17,07
λw2 S
-
1,061
1,084
1,141
Определение геометрических характеристик профилей и решетки в контрольных сечениях
1. Относительный шаг решетки:
;
;
.
Так как λw2 S >1, то уменьшаем значение t на 15%, таким образом, принимается:
;
;
.
2. Хорда профиля:
;
;
.
3. Относительный радиус скругления выходной кромки:
,
Условие динамичности прочности выполняется.
4 . Радиус скругления входной кромки:
,
5. Максимальная толщина профиля:
,
;
;
6. Конструктивный угол входной кромки:
;
;
.
7. При проектировании профиля угол выходной кромки β2л в первом приближении принимают равным β2эф :
;
;
;
;
;
;
;
;
.
8. Угол отгиба выходной кромки:
9.
Определяется угол установки профиля
в
контрольном сечении решетки.
По найденному значению γ и известной величине b определяется ширина решетки S,
Таким образом:
;
;
.
Для плавного сопряжения изменим незначительно угол установки γ, таким образом, получим:
;
;
10.
Удаление
максимальной
толщины сm
от входной кромки:
11. Определяются величины углов заострения входной ω1 и ω2 выходной кромок:
на
входе в ступень -
;
на
выходе из ступени -
.
Для правильного построения решетки профилей необходимо, чтобы в каждом контрольном сечении соблюдалось условие:
выполняется
Данные графического построения внешнего обвода профиля лопатки для втулочного, периферийного и среднего сечения представлены в таблице 2.
Изображения всех контрольных сечений лопаток показаны на рисунках в приложении Д.
Таблица 2 - Данные графического построения внешнего обвода профиля лопатки
|
Исходный параметр |
Размерность |
Dвт. |
Dср. |
Dпер. |
|
b |
мм |
48,76 |
49,18 |
49,46 |
|
r2 |
мм |
0,9698 |
0,8529 |
0,7612 |
|
r1 |
мм |
1,9625 |
1,7215 |
1,4715 |
|
c m |
мм |
6,8261 |
4,9185 |
3,4624 |
|
β1 л |
град |
28,41 |
26,85 |
26,53 |
|
β2 л |
град |
19,39 |
17,46 |
17,07 |
|
а Г |
мм |
8,9435 |
8,5298 |
8,7643 |
|
δ л |
град |
14 |
17 |
20 |
|
γ |
град |
63 |
65 |
70 |
|
S |
мм |
43,444 |
44,576 |
46,480 |
|
xc |
мм |
17,07 |
14,76 |
12,37 |
|
ω1 |
град |
15 |
11 |
7 |
|
ω2 |
град |
8 |
7 |
5 |
Графическое построение формы профиля РК последней ступени для трех сечений выполнено на форматах А3 в масштабе М 5:1 и представлено в приложение Д.
Заключение
В данной курсовой работе произведен термогазодинамический расчет ТРДД, проектный расчет проточной части двигателя, прототипом которого является двигатель “F101-GE-100”. В процессе расчета были определены и согласованы диаметры и проходные сечения компрессора и турбины ВД, необходимые частоты вращения. Рассчитано и построено меридиональное сечение проточной части турбины ВД, построены треугольники скоростей на трех сечениях, выполнено профилирование лопатки рабочего колеса. Полученные данные являются исходными для последующего проектирования компрессора ГТД и могут быть уточнены в процессе их детального расчета.
Для дальнейшего расчета двигателя необходимые параметры двигателя представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Параметры проектирования первой ступени турбины высокого давления.
|
Наименование параметра |
Обозначение |
Значение |
|
расход через внутренний контур |
G в I |
51,29 кг/с |
|
частота вращения каскада ВД |
n ТВД |
11585,5 об/мин |
|
полная температура газа перед турбиной |
Т*Г |
1645 К |
|
статическая температура газа перед турбиной |
ТГ |
1301,4 К |
|
полное давление перед турбиной |
P*Г |
2538,3 кПа |
|
статическое давление перед турбиной |
PГ |
2194,7 кПа |
Список использованных источников
1. Григорьев В.А. Проектный термогазодинамический расчет авиационных ГТД гражданского назначения. Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 2001.-168с.
2. Справочник ЦИАМ 1975г.
3. СТП СГАУ 6.1.4-97 Стандарт предприятия. Методические указания. - Самара: СГАУ, 1997-17с.
4. Тихонов Н.Т., Мусаткин Н.Ф., Кузьмичев В.С. Газодинамическое проектирование компрессора ТРДД с элементами термогазодинамического расчета двигателя. Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 1997. -52с.
5. Тихонов Н.Т., Мусаткин Н.Ф., Матвеев В.Н., Нечитайло А.А. Газодинамическое проектиро-вание осевых турбин ГТД. Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 2000.-91с.
Приложение А
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ ДВУХВАЛЬНОГО ТРДДФ СО СМЕШЕНИЕМ
ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
1. ЧИСЛО МАХА………………………………………………………………………….. = 0.0000
2. ВЫСОТА ПОЛЕТА……………………………………………………………………Н = 0.0000
3. ОТКЛОНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТ МСА……………………………………….DT = 0.0000
4. ОТКЛОНЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ОТ МСА…………………………………………….DP = 0.0000
5. РАСХОД ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ДВИГАТЕЛЬ……………………………………..GB = 158.8000
6. ТЕМПЕРАТУРА ГАЗА НА ВХОДЕ В ТУРБИНУ…………………………...ТГ* = 1660.0000
7. СТЕПЕНЬ ДВУХКОНТУРНОСТИ………………………………………………….М = 2.0100
8. СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ВЕНТИЛЯТОРЕ…………………ПИ (В) =2.2500
9. СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОМПРЕССОРЕ НД.............ПИ (КНД) = 2.2080
10. СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОМПРЕССОРЕ ВД……..ПИ (КВД) = 12.5600
11. СУММАРНАЯ СТЕПЕНЬ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ………….. ПИК (СУМ) = 27.0000
12. ТЕМПЕРАТУРА ФОРСАЖА……………………………………………………..(Ф) = 0.0000
13. МЕСТО РАСПОЛОЖЕНИЯ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ……..МРФК = 1 .0000
КОЭФФИЦИЕНТЫ СОВЕРШЕНСТВА
1. КОЭФ. ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ВХОДЕ...SIGMA(ВХ) = 1.0000
2. К.П.Д. ВЕНТИЛЯТОРА………………………………………………….КПД (ВЕНТ) = 0.8100
3. К.П.Д. КОМПРЕССОРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ………………………КПД (КНД) = 0.8200
4. К.П.Д. КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ……………………КПД (КВД) = 0.8300
5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛНОТЫ СГОРАНИЯ……………………………….КПД (КС) = 0.9950
6. КОЭФ. ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛНОГО ДАВЛЕНИЯ В К.С. ...........SIGMA (КС) = 0.9450
7. К.П.Д. ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ……………………………КПД(ТВД) = 0.8900
8. МЕХАНИЧЕСКИЙ К.П.Д. ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ…..КПДМ(ТВД) = 0.9950
9. КОЭФ. ОТБОРА ВОЗДУХА НА ОХЛ. ТУРБИНЫ ВД……………….V(ОХЛ.ТВД) = 0.9150
10. К.П.Д. ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ……………………………..КПД(ТНД) = 0.9100
11. МЕХАНИЧЕСКИЙ К.П.Д. ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ…....КПДМ(ТНД) = 1.0000
12. КОЭФ. ОТБОРА ВОЗДУХА НА ОХЛ. ТУРБИНЫ НД……………...V(ОХЛ.ТНД) = 0.9750
13. ПРИВЕДЕННАЯ СКОРОСТЬ НА ВХОДЕ В КАМЕРУ СМЕШ. ...……LAMDA 1 = 0.3000
14. КОЭФ. ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛНОГО ДАВЛ. ЗА ТУРБИНОЙ.........SIGMA 1 = 0.9850
15. КОЭФ. ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛНОГО ДАВЛ. НАРУЖ. КОНТ. ……SIGMA 2 = 0.9600
16. КОЭФ. ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛН.ДАВЛЕНИЯ В ФК(И К.СМ)…….SIGMA Г = 0.9700
17. ПРИВЕД. СКОРОСТЬ НА ВХОДЕ В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ…....LAMDA ФК = 0.1800
18. КОЭФ. ПОЛНОТЫ СГОРАНИЯ В ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЕ………….КПД (ФК) = 1.0000
19. КОЭФ. СКОРОСТИ СОПЛА ВНУТРЕННЕГО КОНТУРА………….F1 СОПЛА 1 = 0.9800
Приложение Б
РАСЧЕТНЫЕ УСЛОВИЯ
Н = 0.0 MAX = 0.00 DP = 0.000 DТ = 0.00
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
П(К.СУМ) = 27.004 П(В) = 2.250 М = 2.010 Т(Г) = 1660.00
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО
Р(Н) = 101.3596 Т(H) = 288.1600 Р(ВХ) = 101.3596 Т(ВХ) = 288.6194 F(ВХ) = 0.6594
S(ВХ) = 1.000
КОМПРЕССОР НАРУЖНОГО КОНТУРА
П(В) = 2.2500 L(В) = 93.2691 Р(К.2) = 228.059 Т(К.2) = 380.9657 К(В) = 0.8100
G(В.2) = 106.043
КОМПРЕССОР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
П(НД) = 2.2080 L(НД) = 86.383 Р(НД) = 217.9232 Т(НД) = 374.1802 К(НД) = 0.8200
G(В.1) = 52.757
КОМПРЕССОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
П(ВД) = 12.5600 L(ВД) = 476.919 Р(ВД) = 2737.1150 Т(ВД) = 826.0825 К(ВД) = 0.8300
КАМЕРА СГОРАНИЯ
Т(Г) = 1660.00 Q(Т) = 0.02536 АЛЬФА = 2.668 G(Т.4) = 4286.982 К(КС) = 0.9950
S(КS) = 0.9450 Р(Г) = 25863.574
ТУРБИНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
П(ВД) = 4.252 L(ВД) = 523.895 Р(ВД) = 608.262 Т(ВД) = 1209.792 К(ВД) = 0.8900
G(ВД) = 48.145 V(ОХЛ.ВД) = 0.9150 А(ВД) = 0.0129
ТУРБИНА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
П(НД) = 2.643 L(НД) = 274.520 Р(НД) = 230.110 Т(НД) = 977.591 К(НВ)=0.9100
G(НД) = 52.629 V(ОХЛ. НД) = 0.9750 А(НД)= 0.0510
КАМЕРА СМЕШЕНИЯ
T(CM) = 595.09 Р(СM) = 221.3578 АЛЬФА= 9.023 G(СМ) = 159.991 Р(1) = 226.658
Р(2) = 218.937 F(1) = 0.4098 F(2) = 0.8830
ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА
Р(ФХ) = 214.7171 F(ФХ) = 1.6135
РЕАКТИВНОЕ СОПЛО
П(С) = 2.1184 Л(С) = 1.0623 С(С) = 472.076 Т(С) = 488.967 F(С) = 0.4705
ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ
С(УД) = 56.7956 Р(УД) = 0.4756 Р(СУМ) = 75.5277 G(В.СУМ) = 158.800