Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Госник ТРЛМ1

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
1.07 Mб
Скачать

1. Основные требования к лопаточным машинам. Основные параметры, характеризующие компрессор.

К числу основных требований, которым должны удовлетворять авиац-е лопаточные машины, относятся :

Минимальныегабариты и масса

Высокий КПД

Благоприятноепротеканиехарактеристик

Высокаянадежность

Кчислу основных параметров, характеризующих техническое совершенство компр-ра, относятся степень повышения давления (30-40), суммарная и в вентиляторе, коэф-т полезного действия, удельная масса, габаритные размеры, ресурс, окружная скорость(420-450 м/с) на среднем диаметре и концах лопаток.

2.Влияние чисел М и Re на характеристики решеток профилей осевого компрессора.

 

Наиболее

существенное влияние оказывают числа

M

1

w

/ a

входе в

 

 

1

1 на

решетку рабочего колеса, подсчитанные по относительной скорости,

и

числа

M

2

c

/ a

на входе в решётку спрямляющего аппарата.

Эти числа

M

имеют

 

2

2

наибольшее значение именно на входе, так как скорости потока и, следовательно, числа M в самих этих решётках, как правило, уменьшаются. В зависимости от

значений чисел

M

1

и

M

2

компрессоры подразделяются на дозвуковые

 

 

(

M

0, 75...

0,85

), околозвуковые (

M

0,9...

1,1

) и сверхзвуковые (

M

1,1

).

Влияние на коэффициент потерь полного давления и чисел M на входе в

решётку: начиная

с

чисел

M 0, 7...0, 75

, коэффициент потерь значительно

 

возрастает. Число

M

, начиная с которого коэффициент потерь резко возрастает,

принято называть критическим числом M . Оно характеризуется наличием местных сверхзвуковых зон на выпуклой поверхности профиля и скачков уплотнения. Таким образом, наряду с кромочными потерями, потерями на трение и на вихреобразование появляются ещё и волновые потери, доля которых в общей

величине профильных потерь возрастает с увеличением значения числа

M выше

критического.

 

 

 

Влияние чисел

M на потери при различных углах атаки i0 : при больших числах

M

на входе в

решётку сильно сужается диапазон углов атаки с

малыми

коэффициентами потерь. Если число M становится достаточно большим, решётка запирается, образуются сильные скачки, вызывающие отрыв пограничного слоя при всех углах атаки, и сильно возрастает коэффициент потерь.

Для осевого компрессора, равно как и для других лопаточных машин, имеет

существенное значение число Рейнольдса,

являющееся наряду

с чисом M

критерием подобия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re w b /

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

w

 

 

 

 

1

- плотность;

 

-

хорда;

 

-

1 - относительная скорость на входе;

 

b

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

динамическая вязкость.

При снижении чисел Re и уровня турбулентности коэффициенты потерь полного давления в решётке возрастают, а углы отклонения потока уменьшаются. Указанные явления обусловлены отрывом ламинарного пограничного слоя при малых числах Re. При высоких же числахRe и в зависимости от уровня турбулентности ламинарный пограничный слой переходит в турбулентный, вследствие чего возможность отрыва пограничного слоя уменьшается.

Числа Re, при которых начинается значительный рост потерь, называют критическими числами. На рост потерь при уменьшении чисел Re существенное влияние оказывает также сжимаемость и толщина профиля.

3. Основные уравнения теории лопаточных машин. Принятые допущения.

Основными уравнениями теории лопаточных машин являются уравнения механики сплошной среды. Сплошность среды: все тела состоят из отдельных частиц, но их много в любом существенном для рассмотрения объёме, поэтому тело можно приближённо рассматривать как среду, заполняющую пространство сплошным образом. Допущение о сплошности справедливо,

если

l / L 1

, где

l

- длина свободного пробега молекул;

L - характерный

 

размер лопаточной машины. Помимо гипотезы о сплошности при выводе универсальных уравнений механики сплошной среды делаются ещё предположения об эвклидовости пространства, абсолютности времени, а также малости скорости среды по сравнению со скоростью света.

Ещё одно допущение – это модель идеального газа.

С учётом указанных свойств основные уравнения механики сплошной среды в дифференциальной форме для идеального газа записываются так:

 

 

 

1) Уравнение неразрывности

t

div( c) 0.

 

 

 

dc

dt

2) Уравнение количества движения (уравнение Эйлера)

 

1

 

 

grad( p) F.

 

 

 

3) Уравнение первого начала термодинамики

dQ

 

T dS di

dp

.

ВН

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Уравнение состояния совершенного газа

p RT

.

4. Формы проточной части многоступенчатых турбин.

При конструировании отдельных блоков (каскадов) многоступенчатой турбины с расположенными непосредственно друг за другом отдельными ступенями возможны различные формы проточной части в меридиональном сечении. Наиболее характерные три формы проточной части показаны на рис.

а)

D

const

- позволяет получить наибольшие значения окружных

Т

 

скоростей во всех ступенях, что можно использовать для уменьшения числа ступеней или для увеличения значений из коэффициентов нагрузки.

(+)цилиндричность наружного обвода;

(+)величина радиального зазора не изменяется при взаимном осевом смещении ротора и статора;

(-) повышенная масса из-за больших диаметральных размеров дисков и их толщины;

(-) повышенные вторичные и концевые потери в первых ступенях из-за малых высот лопаток;

б)

D

ВТ

const

 

 

(+) меньшая масса; (-) трудно обеспечить неизменность радиального зазора;

(-) пониженные значения окружной скорости в первых ступенях;

в)

(+)

сечения

D

const

СР

 

равномерное распределение угла уширения меридионального проточной части.

5. Основные параметры турбины. Способ охлаждения деталей турбины.

Основные параметры турбины:

1) степень понижения давления

 

 

 

P

*

 

*

 

 

 

ВХ

 

 

 

 

СТ

 

P

*

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫХ

;

2)количество ступеней z=1…8;

3)количество каскадов z=1…3;

4)окружная скорость на внешнем диаметре

5) КПД

 

*

0,88...0,95

;

Т

 

 

uТ

350...450м / с

;

6) температура газа перед турбиной

Т

*

1400...1800К

;

Г

 

 

7) масса и габариты.

Классификация систем внутреннего охлаждения с использованием теплоносителей, циркулирующих в специальных каналах внутри турбинных лопаток, начинается с указания типа теплоносителя – жидкостное и газовое.

Жидкостное охлаждение не получило большого распространения в авиационных ГТД.

Основным способом охлаждения турбин современных авиационных ГТД является способ открытого воздушного охлаждения. В качестве охлаждающего агента в этом случае используется воздух, отбираемый за последней ступенью компрессора. После охлаждения горячих частей турбины подогретый воздух выпускается в проточную часть турбины, где смешивается с основным газовым потоком и участвует в дальнейшем рабочем процессе двигателя.

6.Особенности рабочего процесса в трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней компрессора.

При определённом значении скорости набегающего на решётку потока в ней возникают так называемые режимы запирания, когда дальнейшее увеличение скорости набегающего потока невозможно, такое число M набегающего потока называется максимальным.

Вследствие конечной толщины кромок профилей при их обтекании сверхзвуковым потоком вверх по течению отходят головные волны, проходя которые в потоке возникают потери (волновые потери). Чем толще входные кромки профилей, тем больше интенсивность головных волн, тем больше возникающие потери. При повышенных скоростях набегающего потока следует выполнять входные кромки как можно более тонкими. На стороне разряжения профилей вследствие кривизны профиля, начиная от входных кромок, происходит разгон потока. Поэтому в межлопаточном канале от входных кромок соседнего профиля до стороны разрежения располагается косой скачок уплотнения. Его интенсивность определяется кривизной и толщиной профиля. В профилях дозвуковых ступеней с толстыми входными кромками и большой кривизной профиля разгон потока по стороне разрежения от входных кромок получается значительным, поэтому интенсивность замыкающего скачка в межлопаточном канале значительна. При этом помимо возникновения волновых потерь в замыкающем скачке уплотнения при падении этого скачка на профиль из-за значительного повышения давления в пограничном слое происходит его отрыв, что связано с ростом потерь. Для уменьшения этих потерь в сверхзвуковых решётках входные участки профиля со стороны разрежения выполняют прямолинейными, что существенно уменьшает разгон потока по стороне разрежения и интенсивность замыкающего скачка уплотнения.

7.Характеристика различных способов воздушного охлаждения лопаток турбины.

1)Схема с радиальными каналами. (+): Простота;

(-): 1)Недостат. охлаждение переферийной части лопатки; 2) Неравномерность нагрева по профилю и высоте.

Т Г* 1450К.

2)Полая лопатка с (+):

турбулизаторами

- Технологичность;

 

- Меньшая масса;

 

- Эффективность охлаждения;

 

(-): Повышенное гидравлическое

 

сопротивление;

Т*

Г

1450...1500К.

3) Петлевая схема охлаждения

(+) Интенсивное охлаждение; (-) Сложность;

Т*

Г

1500...1550К.

(7) продолжение

4) Схема с дефлектором

(+): 1) Неравномерность распределения температур по профилю и высоте мала; (-): 1) Сложность; 2) Высокая стоимость; 3) Недостаточная надёжность

(дефлектор явл. самым уязвимым элементом).

Т*

Г

1450...1500К.

Используется для двигателей с малым ресурсом

1000...2000ч.

5) Конвективно – плёночное охлаждение

(+): Надёжная работа лопаток при высоких температурах; (-): 1) Требуется большое количество охлаждающего воздуха; 2) Решётка

профилей с таким охлаждением обладает повышенным гидравлическим

сопротивлением;

Т*

Г

1600...1700К.

6) Пористое (проникающее) охлаждение

(+): Высокая эффективность охлаждения; (-): 1) Повышенное количество

гидравлического сопротивления; 2) Поры обрастают окисной плёнкой и могут закрыться; 3) Засорениепор;

Т Г* 1700...1750...1800К.

8.Основные параметры многоступенчатых компрессоров. Связь адиабатической работы многоступенчатого компрессора и адиабатической работы его ступеней.

К числу основных параметров, характеризующих техническое совершенство

компрессора, относятся степень повышения давления

 

 

 

Р

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

 

Р

 

 

 

 

 

ВХ

 

 

 

 

(30-40),

суммарная и в вентиляторе, коэффициент полезного действия (0,85…0,9), удельная масса, габаритные размеры, ресурс, окружная скорость(420-450 м/с) на среднем диаметре и концах лопаток, число ступеней.

В дозвуковых компрессорах наименьший напор назначается в первых

ступенях, что обусловлено ограничениями, налагаемыми числами

 

, малым

M 1

относительным диаметром втулки и густотой, а также соображениями, связанными с расширением диапазона рабочих режимов. Полная работа, затрачиваемая на компрессор:

 

 

k

 

 

 

 

 

k 1

 

1

H К

 

 

 

 

*

 

*

 

1

* .

k 1

RTH

К

k

 

 

 

 

 

 

 

 

К

Средняявеличиназатраченнойработы:

 

 

 

 

 

 

 

H

К .СР

H

К

/ z.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затраченная работа в первой дозвуковой ступени:

 

H

К1

(0,5...0,6)H

К .СР

.

 

 

 

 

Если

первые ступени –

околозвуковые или сверхзвуковые, то

H К1

(0,75...0,85)H К .СР .

Затраченная работа

в средних ступенях на

15…20% больше средней работы, а в последних ступенях примерно равна ей.

Hki,дж/ кг

0 1

0

z0+2

z

 

z

 

9. Формула Эйлера. Теоретический и затраченный напор.

Формула Эйлера – основное уравнение теории лопаточных машин, справедливое для установившегося движения в любой лопаточной машине.

Выделим контрольный объём. На него действуют следующие моменты внешних сил:

1) Момент сопротивления вращению со стороны вала M ;

2)

Моменттрения

M

ТР ;

 

 

 

 

 

 

 

3)

Моменты сил инерции: кориолисовой силы ( M КОР ) и центробежной.

Тогда по уравнению моментов количества движения

 

 

 

d

 

 

 

M ТР .

 

 

dt

(r

w) dV M КОР M

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После некоторых преобразований получим величину момента на валу машины (для компрессора и для турбины):

M

К

(c

2u

r

c

r ) M

ТР

;

 

 

 

2

 

1u 1

 

 

 

М

 

(c

r

c

 

r

) M

 

 

.

 

Т

2u

ТР

 

1u

1

 

2

 

 

 

Эти уравнения являются наиболее общей формой записи основного уравнения теории турбомашин – уравнения Эйлера.

Величина мощности подведённой к некоторому количеству рабочего тела равна произведению подведённого момента на угловую скорость. Тогда выражению для теоретических мощностей:

 

dN

К .ТЕОР

dG(c

2u

u

2

c

 

u

);

 

 

 

 

 

 

1u

 

1

 

dN

 

dG(c

 

u

 

 

c

 

u

 

).

 

Т .ТЕОР

 

1

2u

2

 

1u

 

 

 

 

 

 

Отношение мощности к расходу представляет собой удельную работу. Поэтому теоретическая работа элементарной ступени компрессора и теоретическая работа элементарной ступени турбины:

 

H

 

 

dN

К .ТЕОР

c

 

 

u

 

c

u

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

2u

 

2

 

 

1u

 

1

 

 

 

 

 

dN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

Т .ТЕОР

c

 

u

 

c

 

u

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2u

2

 

u

 

 

dG

1u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

такженазываютформуламиЭйлера.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]