Предварительный проектный расчет турбокомпрессора гту по первой схеме

Методика проектного расчета турбокомпрессора ГТУ написана на основе [1]. Расчет можно вести со стороны компрессора и выполнить проверочный расчет турбины с последующей корректировкой принятых исходных данных. Также можно выполнить расчет наоборот: рассчитать турбину и выполнить проверочный расчет компрессора с последующей корректировкой принятых исходных данных. Свободная турбина рассчитывается практически независимо от ГГ.

В первом случае порядок расчета следующий. Для получения высокого КПД компрессора целесообразно выполнить его дозвуковым. Его некоторые параметры приведены в табл.П.V.1.

Таблица П.V.1.

Некоторые параметры дозвукового компрессора ГТД

Окружная скорость на периферии 1 рабочего колеса, м/с	Осевая скорость на входе в 1 рабочее колесо, м/с	Приведенная осевая скорость на входе в 1 рабочее колесо	Средний КПД ступени	Относительный диаметр втулки на входе в 1 рабочее колесо
300 – 350	160 – 180	0,52 – 0,58	0,88 – 0,91	0,5 – 0,7

1. Назначаем величину приведённой скорости на входе в компрессор и определяем потребную аксиальную площадь на входе в двигатель на основании уравнения расхода

=

где ,

;

,

,

2. Задаем относительный диаметр втулки на входе в 1 рабочее колесо:

и определяем диаметральные размеры рабочего колеса компрессора на входе:

, .

=0,7539 м,

Средний диаметр на входе в компрессор:

.

=0,6408.

Высота первой рабочей лопатки на входе в компрессор:

. =0,1131 м.

3. Задаем средний коэффициент затраченного напора компрессора и окружную скорость на периферии 1 рабочего колеса . Из ТГД расчета =429156 Дж (п.5 Приложение I). Отсюда число ступеней компрессора будет равно:

,

.

Принимаем .

Уточненное значение среднего коэффициента затраченного напора компрессора будет равно:

4. Для определения аксиальной площади проточной части на выходе из компрессора назначаем величину приведённой скорости на выходе из компрессора

,

где ,

2,

.

5. Поскольку возможная высота СА последней ступени компрессора неизвестно, предлагается последовательно вычислить её для трех вариантов формы проточной части компрессора и потом выбрать наиболее подходящую.

1. Задаем проточную часть с постоянным наружным диаметром . Тогда диаметр втулки на выходе из компрессора:

м

2. Высота СА последней ступени компрессора будет равна:

.

м.

3. Средний диаметр компрессора на выходе вычислим по формуле:

=0,7358 м.

4. Относительный диаметр втулки компрессора на выходе найдем из выражения:

5. Задаем проточную часть с постоянным наружным диаметром . Тогда диаметр втулки на выходе из компрессора:

.

6. Наружный диаметр компрессора на выходе найдем по формуле:

.

м.

7. Высота СА последней ступени компрессора будет равна:

.

м.

8. Средний диаметр компрессора на выходе вычислим по формуле:

.

м.

9. Относительный диаметр втулки компрессора на выходе найдем из выражения:

.

10. Задаем проточную часть с постоянным средним диаметром

11. Средний диаметр компрессора на выходе будет равен:

.

м.

12. Высота СА последней ступени компрессора будет равна:

.

м.

13. Наружный диаметр компрессора на выходе найдем по формуле:

.

м.

14. Диаметр втулки на выходе из компрессора:

.

м.

15. Относительный диаметр втулки компрессора на выходе найдем из выражения:

16. После сравнения полученных результатов выбираем форму проточной части, принимая во внимание значение и . Можно построить все три формы проточной части компрессора и сделать выбор после построения проточной части турбины компрессора.

5. Для определения аксиальной площади проточной части на выходе из турбины компрессора назначаем величину приведённой скорости на выходе из турбины (из диапазона 0,35 – 0,5):

,

где ,

0,7133,

.

5. Зададимся отношением среднего диаметра турбины компрессора на выходе к периферийному диаметру компрессора на входе:

.

Приведенное значение найдено в результате нескольких приближений.

5. Тогда средний диаметр турбины компрессора на выходе будет равен:

м.

5. Диаметральные размеры турбины компрессора на выходе найдем из выражений:

м.,

м,

м.

5. Найдем отношение среднего диаметра турбины компрессора на выходе к высоте последней РЛ на выходе:

5. Окружная скорость на среднем радиусе турбины компрессора в выходном сечении определяется по выражению:

м.

5. Определим напряжение растяжения от центробежных сил в корневом сечении РЛ последней ступени турбины по формуле:

Па

или 25,83 даН/мм²,

где - плотность материала лопатки (для лопаток из современных жаропрочных сплавов можно принять 8400 кг/м³, - коэффициент формы пера лопатки, причем для безбандажных турбинных лопаток ТВД обычно равен 0,55 – 0,65, а для последних ступеней турбины с бандажными полками 0,7 - 0,8.

5. Теперь необходимо определится с размерами первой ступени турбины компрессора. Для определения аксиальной площади горла соплового аппарата используем уравнение расхода:

м².

5. Необходимо задаться средним диаметром турбины на входе, учитывая как полученные диаметральные размеры выходного сечения турбины, так и диаметральные размеры компрессора на входе и на выходе. Это удобно делать задаваясь коэффициентом .

Приведенное значение найдено в результате нескольких приближений.

Тогда средний диаметр турбины компрессора на выходе будет равен:

м.

5. Высота лопатки соплового аппарата первой ступени турбины компрессора определяется из уравнения:

м,

где принимаем = 14^о.

5. Далее находим отношение

5. Найдем окружную скорость на среднем радиусе турбины во входном сечении из выражения

м/с.

5. Проверим напряженное состояние первой РЛ ТК, найдя :

.

Полученное значение параметра напряженности меньше 1 в 2 раза, что позволяет надеяться, что проблем с обеспечением ресурса РЛ турбины турбокомпрессора скорее всего будет меньше.

5. Найдем средний диаметр турбины, так как принятые соотношения не позволяют считать его постоянным.

м

5. Найдем окружную скорость на среднем радиусе турбины по формуле

м/с.

5. Определяем число ступеней турбины компрессора.

Назначаем планируемое отношение , найденное после нескольких приближенй:

.

Число ступеней ТК найдем из выражения:

,

где ,

причем ,

где .

С учетом , , получаем:

.

Принимаем .

Пересчитываем отношение :

,

Приложение VI