книги из ГПНТБ / Копелев С.З. Расчет турбин авиационных двигателей. (Газодинамический расчет. Профилирование лопаток)

5. Находим углы относительных скоростей на входе и выходе из рабочего колеса

в осевом зазоре и за рабочим колесом по закону cur=const и c„ = const.

Для удобства проверки профилей выполненных лопаток с помощью шаб­ лонов за расчетные сечения принимаем £)н = 0,926 м, £>Ср=0,82Б м и 7)в= 0,730 м.

Результаты расчета сводим в таблицу 8. 5.

8.4. ПРОФИЛИРОВАНИЕ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ

Вданном примере ограничимся построением профилей ло­ патки рабочего колеса второй ступени для трех цилиндрических

Следует иметь в виду, что при таком выборе расчетных сече­ ний лопатки исходный профиль будет установлен не по линиям

208

где cp = 0,97 = const

209

*-ст

210

Профилирование лопаток производится в следующем порядке. 1. Выбираются основные параметры решетки и профиля:

1) относительный шаг решетки рабочего колеса на внутреннем радиусе, для чего можно воспользоваться эмпирической формулой В. И. Дышлевского:

ближении принята равной с=18%; 2) углы атаки — на наружном радиусе і„ = —3°, на среднем радиусе іСр=

радиусе, где она мало отличается от ширины, поэтому для нахождения шага

211

5. Определяем ширину узкого сечения межлопаточного канала на среднем радиусе

a=^sin ß2p= 19,55-0,6494= 12,7 мм

и относительную высоту узкого сечения межлопаточного канала

а12,7

Из условия приемлемой величины концевых потерь величина hja должна быть не менее 6—7.

6. Определяем угол наклона средней геометрической скорости ßm на трех расчетных радиусах по формуле

W\ sin ßi + ® 2 sin р2 ßm = arctg -------------------------------

W2 cos ß2 — wi cos ßi

и угол установки профиля в решетке -0. На наружном и среднем радиусах принимаем # = ßm, а на внутреннем — #=0,85 ßm.

7.Находим величины относительной толщины профиля на расчетных ра

диусах. Принимаем на наружном радиусе с„ = 6% или сн=1,8 мм. (По усло­

виям вибропрочности лопаток на периферии сп должно быть не менее 4—5%. Обычно величина сн^= 1,5-^2,0 мм).

Для определения площади профиля можно воспользоваться приближенной зависимостью

с — максимальная толщина, профиля.

По статистическим данным ряда выполненных турбин К=0,6-^0,72 (боль­

212

Принимаем относительную толщину профиля на внутреннем радиусе св =0,186

и максимальную толщину профиля св = св6 = 5,6 мм.

Отношение площадей сечения лопатки на наружном и внутреннем радиу­ сах при 6= const приближенно можно принять равным отношению толщин профилей

Полученное значение f близко к ранее принятому при расчете запаса проч­

ности лопаток f =0,3. (Если отношение площадей f получится существенно отличным от ранее принятого значения, то необходимо произвести дополни­ тельную проверку запаса прочности лопаток).

Для принятого ранее линейного закона изменения площадей сечений ло­ патки по длине относительная толщина лопатки на среднем радиусе

-сн + св 0,06+ 0,186

а толщина профиля

сСр = ссрЬ = 0,123-30 = 3,69 мм.

8. В соответствии с рекомендациями в гл. VI принимаем радиусы закруг­ ления входной (п) и выходной (г2) кромок, а также углы заострения кро­ мок фі и ф2.

Результаты определения основных параметров решетки и профиля сводим

Профили лопатки могут быть построены по одному из способов, изложен­ ных в § 5.2. В данном примере контуры профиля на всех трех расчетных

сечения межлопаточного канала удовлетворяет условию a=t sin ß2p.

Если окажется, что a+=^sinß2p, то путем изменения очертания выходной кромки (изменения угла ф2 или 6) или изменением угла установки профиля Ф

диться в допустимых пределах.

После этого проверяется изменение проходных сечений по длине межлопа­ точного канала. Видно, что межлопаточные каналы в периферийном и сред­ нем сечениях имеют плавно изменяющуюся конфузорную форму. Канал корне­

213

вого сечения имеет небольшую диффузорность на выходном участке, но эта диффузорность лежит в допустимых пределах (см. § 5. 1).

При неблагоприятном изменении проходного сечения межлопаточног» канала (например, при значительной местной диффузорности канала) его надо, исправить, например, путем смещения расположения максимальной толщины профиля вдоль хорды лопатки, изменения величины углов заострения входной и выходной кромок или за счет допустимого изменения максимальной тол­ щины профиля.

После построения профилей в расчетных сечениях согласовывают про­ фили отдельных сечений и строят профильную часть лопатки (см. § 5.3). За­ тем делается рабочий чертеж (см. приложение V) лопатки и составляются технические условия на ее изготовление.

214

П о стр о е н и е п р о ф и л ей л о п а т о к

215

Г л а в а IX

НЕРАСЧЕТНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТУРБИНЫ

9.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ

ИХАРАКТЕРИСТИКАХ ТУРБИНЫ

Совокупность основных физических величин (р*, Т*, с), ха­ рактеризующих турбину, называют режимом работы турбины. Определение основных параметров и размеров проточной части турбины производится для одного режима работы, называемого

р а с ч е т н ы м .

Этому режиму, как правило, соответствует взлетный или но­ минальный режим работы двигателя. Соответствующие расчет­ ному режиму работы турбины значения степени расширения газа

бины в системе ГТД в зависимости от режима полета и режима работы двигателя параметры газа на входе в турбину (р*,

ирежим работы турбины могут сильно изменяться.

Вкурсах теории газовых турбин [7, 25, 32] доказывается, что для ступени турбины с заданными геометрическими размерами (или для геометрически подобных турбин) режим работы опре­ деляется тремя параметрами рабочего тела (газа) р*й, Т*а и /?2>

частотой вращения я и четырьмя параметрами, характеризую­ щими физико-химические свойства газа: удельной теплоемко­ стью Ср (или отношением удельных теплоемкостей k), газовой постоянной R, коэффициентом динамической вязкости р и коэф­ фициентом теплопроводности X.

Режимы работы турбины (потоки реального газа) назы­ ваются газодинамически подобными, если соблюдается геомет­ рическое подобие (постоянство отношений всех одноименных размеров), кинематическое подобие (подобие полей скоростей)

идинамическое подобие (подобие полей давлений и температур,

асоответственно и подобие сил давления, вязкости и сил инер­ ции).

Установившиеся течения в геометрически подобных каналах являются подобными, если отношения скоростей, давлений и тем­

216