Шеметов А.А / диплом_Шеметов

4.2.2.2. Охлаждение СЛ второй ступени ТК.

Используем методику, представленную в разд. 4.2.2.1, для нахождения необходимых объемов охлаждающего воздуха для СА 2 ступени ТК.

Тогда:

Токр* k Тпод 0,2 780 156К ,

Тпод (T3* Tk*) 1473 693 780К .

Тz*срм на входе в СА принимаем равным 1270К, исходя из предварительных

расчетов ТК. Тогда:

0,005 100,6 0,503кг/с охлаждающего воздуха.

33

4.2.2.3. Охлаждение РЛ первой ступени ТК.

Температура газа в относительном движении (T*w), согласно предварительным расчетам, составляет 1344 К.

Максимальная радиальная неравномерность поля газа определяется по формуле:

ТR* k Tпод 0,1 780 78К , где k - коэффициент ступени

(для РЛ ТК = 0,1), а Тпод (T3* Tk*) 1473 693 780К .

Определяем температуру газа в относительном движении с учетом радиальной неравномерности:

(ТW* )R TW* TR* 1344 78 1422K .

Задаемся допустимой температурой рабочих лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет 1000 С .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Тохл.в 693К .

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

Для 0,204, согласно рис. 4.2. стр. 109, [3],

пленочное).

Следовательно, на охлаждение РЛ первой ступени ТК потребуется 0,005 100,6 0,503кг/с охлаждающего воздуха.

34

4.2.2.4. Охлаждение РЛ второй ступени ТК.

Температура газа в относительном движении (T*w), согласно предварительным расчетам, составляет 1155 К.

Максимальная радиальная неравномерность поля газа определяется по формуле:

ТR* k Tпод 0,1 780 78К ,

где k - коэффициент ступени (для РЛ ТК = 0,1),

а Тпод (T3* Tk*) 1473 693 780К .

Определяем температуру газа в относительном движении с учетом радиальной неравномерности:

(ТW* )R TW* TR* 1155 78 1233K .

Задаемся допустимой температурой рабочих лопаток. Для материала ЖС32 допустимая температура оставляет 1000 С .

Температура охлаждающего воздуха соответствует температуре вторичного воздуха в камере сгорания:

Тохл.в 693К .

Определяем величину коэффициента глубины охлаждения по полученным значениям параметров:

Следовательно, охлаждение не требуется.

35

4.2.2.5. Охлаждение дисков.

Рекомендуемое значение относительного количества охлаждающего воздуха на каждую сторону диска лежит в интервале от 0,3% до 0,5%. Примем значение в 0,3%.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха составит: Gохл.в 0,003 100,6 0,302кг/с на одну сторону диска.

По проекту предусматривается охлаждение двух дисков ТК, охлаждение дисков СТ не предусматривается.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха всех дисков составит:

G охл.в 0,302 4 1,208кг/с .

36

4.2.2.6. Охлаждение вставок над рабочими лопатками.

Рекомендуемое значение относительного количества охлаждающего воздуха для ТК лежит в интервале от 0,3 до 0,5%. Примем значении в 0,3%.

По проекту предусматривается охлаждение вставок над рабочими лопатками ТК. Охлаждение вставок над рабочими лопатками СТ не предусматривается.

Тогда физический объем охлаждающего воздуха всех вставок составит:

G охл.в 0,003 100,6 2 0,604кг/с .

Суммарные отборы на охлаждение составят:

Gохл.в Gохл СА1 Gохл СА2 Gохл РЛ1 Gохл Д Gохл О

2,012 0,503 0,503 1,208 0,604 4,83кг /с .

37

4.2.3. Окончательный газодинамический расчет турбины компрессора.

Расход газа на входе в турбину определяется как:

Gг Gв (1 qтоп ) Gохл .

Gв = 100,6 кг/с, согласно расчету компрессора.

- коэффициент, характеризующий утечки, примем его равным 0,99.

Gохл – воздух, отобранный на охлаждение из вторичной зоны камеры сгорания, равен, согласно расчетам 4,83 кг/с.

qтоп – относительный расход топлива, вычисляется по формуле:

Gг 100,6 (1 0,0226) 0,99 4,83 97кг/с.

Мощность проектируемой ТК должна быть равна, с учетом механических потерь, мощности компрессора:

NК NТК мех

Мощность компрессора, согласно расчетам, составляет 42,25 МВт. Следовательно, мощность ТК должна иметь величину:

NТК 42,25 106 /0,99 42,67МВт, где мех 0,99 .

Расчет ТК осуществляем в программе «Opti». Результаты вычислений представлены в табл. 4.2.3.

38

Таблица 4.2.3.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

(пo cтyпeням)

┌────┬─────────┬───────┬───────┬────────┬────────┬────────┬────────┬──────────┐ │ N │ G1 │ U1 │ C1 │ ALFA1 │ T1 │ T1* │ TW1* │ P1 │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤

│- │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤

│1 │ 97.00 │ 376.7 │ 612.6 │ 17.38 │ 1296.0 │ 1457.6 │ 1329.0 │ 1005931. │

│2 │ 100.38 │ 394.2 │ 563.6 │ 17.87 │ 1116.9 │ 1253.7 │ 1138.5 │ 532105. │ └────┴─────────┴───────┴───────┴────────┴────────┴────────┴────────┴──────────┘ ┌────┬───────┬────────┬───────┬──────────┬────────┬───────┬────────┬──────────┐

│ N │ W1 │ BETA1 │ MC1 │ REC1 │ B1 │ T1/B1 │ DZ1N │ P1* │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤ │ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤

└────┴───────┴────────┴───────┴──────────┴────────┴───────┴────────┴──────────┘

39

┌────┬─────────┬───────┬───────┬────────┬────────┬────────┬────────┬──────────┐ │ N │ G2 │ U2 │ C2 │ ALFA2 │ T2 │ T2* │ TW2S* │ P2 │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤ │ - │ кг/c │ м/c │ м/c │ гpaд │ К │ К │ К │ Пa │ ├────┼─────────┼───────┼───────┼────────┼────────┼────────┼────────┼──────────┤

└────┴─────────┴───────┴───────┴────────┴────────┴────────┴────────┴──────────┘

┌────┬───────┬────────┬───────┬──────────┬────────┬───────┬────────┬──────────┐ │ N │ W2 │ BETA2 │ MW2 │ REW2 │ B2 │ Т2/B2 │ DZ2N │ P2Y* │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤ │ - │ м/c │ гpaд │ - │ - │ м │ - │ - │ Пa │ ├────┼───────┼────────┼───────┼──────────┼────────┼───────┼────────┼──────────┤

└────┴───────┴────────┴───────┴──────────┴────────┴───────┴────────┴──────────┘

┌────┬─────────────┬─────────┬────────────┬────────┐────────┐ │ N │ SI1 │ HU │ N3 │ KPDV │ KPDY* │ ├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤ │ - │ Пa │ Дж/кг │ Вт │ - │ - │ ├────┼─────────────┼─────────┼────────────┼────────┤────────┤

└────┴─────────────┴─────────┴────────────┴────────┘────────┘

40

Поскольку значения температур сопловых и рабочих лопаток в расчете ТК с охлаждением отличаются незначительно от значений температур в расчете ТК без охлаждения, то объемы охлаждающего воздуха перерасчету подвергать не будем.

Расход газа на выходе из ТК:

Gвых ТК GвыхРЛ2 Gвозв 101,2 0,6 101,8кг/с,

где Gвозв – величина расхода воздуха, возвращенная в проточную часть, после рабочих лопаток 2 ступени ТК, до сопловых лопаток 1 ступени СТ. Здесь имеется виду объемы воздуха, возвращенные после охлаждения задней поверхности диска 2 ступени ТК и после охлаждения вставки над рабочими лопатками 2 ступени ТК. По причине того, что эти объемы воздуха малы, примем допущение, что они не приведут к изменению газодинамических параметров.

41

4.3. Газодинамический расчет силовой турбины.

Для увеличения мощности, вырабатываемой свободной турбиной, предусмотрено использовать диффузор. Диффузор служит для использования выходной кинетической энергии из последней ступени турбины. Тем самым процесс расширения в турбине происходит до давления, ниже атмосферного. Для расчета эффективности диффузора необходимо иметь параметры за последней ступенью турбины. Поэтому сначала необходимо провести расчет свободной турбины, предполагая, что процесс расширения производится до давления ниже атмосферного, а после получения параметров найти эффективность диффузора и сравнить с существующими реальными значениями.

Зададимся давлением за последней ступенью СТ. Пусть P2 97000Па.

Расход на входе в СТ:

GСТ Gвых ТК 101,8кг/с,

где Gвых ТК – расход газа, на выходе из турбины компрессора.

Давление торможения и температуру торможения на входе в СТ примем равными давлению торможения и температуре торможения на выходе из ТК.

Значение частоты вращения ротора берем из прототипа. Результаты расчета СТ приведены в табл.4.3.

42