5 Профилирование лопатки рабочего колеса

Цель – проектирование профиля лопатки в трех характерных сечениях (втулочное, среднее, периферийное). При этом решетка профилей должна обеспечить заданный поворот потока, а сечения лопатки – требования прочности.

5.1 Определение геометрических характеристик профилей и решетки в расчетных сечениях

В курсовой работе расчетными сечениями принимают периферийное, среднее и втулочное.

1. Угол поворота потока в контрольном сечении

;

;

.

2. Потребное значение густоты решетки в контрольных сечениях

Если принять хорду лопатки постоянной по высоте, то действительная густота решетки будет иметь минимальное значение на периферии и максимальное - у втулки. Поэтому, сохранив в периферийном сечении густоту решетки без изменения, определим ее в и других сечениях.

3. Действительные значения густоты в сечениях:

Если не превышает больше, чем в два раза, то хорда лопатки по высоте принимается постоянной. В примере расчете < , поэтому принимаем b=const по высоте лопатки.

4. Назначаются углы атаки в контрольных сечениях. На среднем диаметре первой ступени i = 0...-2, в средней ступени 0° и в последней ступени 2...4°. В периферийных сечениях увеличивают на 1...2°, а у втулки уменьшают на 1...2°.

DСР 1 - i = 0°	DП 1 - i = +1°	DВТ 1 - i = – 1°
DСР 6 - i = 0°	D П6 - i = +1°	DВТ 6 - i = – 1°
DСР 12 - i = 3°	DП 12 - i = +4°	DВТ 12 - i = +2°

5. Угол изгиба профиля в контрольных сечениях:

;

;

.

6. Угол установки профиля в решетке:

;

;

;

.

7. Хорда лопатки во втулочном сечении:

,

где .

8. Предварительное значение шага t_ВТ и числа лопаток z :

; ;

.

9. Окончательное значение числа лопаток, шага и хорды:

; ;

.

10. Шаг решетки в других контрольных сечениях:

; .

11. Хорда лопатки РК в других контрольных сечениях:

; .

Так как хорда лопатки принята по высоте постоянной, то значения b_ВТ, b_СР, b_П должны быть одинаковыми. Принимается b_ВТ=b_СР=b_П =0,0509 м.

12. Конструктивные углы входной и выходной кромок профилей в расчетных сечениях:

; ;

; ;

; ;

; .

13. Ширина решетки в контрольных сечениях:

Найденные параметры профиля и решетки позволяют выполнить предварительное построение в каждом контрольном сечении.

5.2 Расчет координат контуров и построение профилей в различных сечениях

1. Относительная максимальная толщина профиляс_m выбирается с помощью таблицы 4 [5].

Для трансзвукового профиля принимается:

а) периферийное сечение -с_{m П} =0,03;

б) среднее сечение -с_{m СР} =0,04;

в) втулочное сечение -с_{m СР}= 0,08.

2. Предварительно полученные параметры профилей и решетки сводятся в табл. 1.

Таблица 1 – Параметры профилей и решетки

Параметры	Размерность	Сечения
		Втулка	Средний радиус	Периферия
1	2	3	4	5
D1=D2	мм	536,5669	705,3713	874,1757
1	град	41,16642	35,56588	29,49625
2	град	67,60751	53,06265	32,66792
	град	26,44109	17,49677	3,171665
	—	1,5	1	0,5
	—	0,814601	0,619656	0,5
i	град	-1	0	+1
θ	град	39,60432	24,17931	2,679141
	град	59,96858	47,65553	28,31711
	мм	76,12973	—	—
	мм	62,01534	—	—
	—	27,18158	—	—
z	—	27	27	27
	мм	50,85748	—	—
	мм	62,43239	82,07368	101,715
b	мм	50,85748	50,85748	50,85748
1л	град	40,16642	35,56588	30,49625
2л	град	79,77075	59,74519	33,1754
S=bsin	мм	44,02992	37,5892	24,1243

Для построения проектируемого профиля обычно используют симметричные аэродинамические профили С-4, NASA-0010 или А-40. Чтобы обеспечить конструктивные углы _1л и _2л , симметричный профиль изгибают так, чтобы был выдержан расчетный угол . С этой целью выбирают форму средней линии профиля.

При построении трансзвуковых профилей, когда 0,9<_W1<1,1, среднюю линию определяют по соотношению:

.

Величина является характеристической функцией, поэтому последнее в практике расчетов нормализовано, а ее значения приведены в табл. 6 [5].

Абсолютная величина ординаты средней линии находится по формуле:

.

Для получения текущих значений ординат контуров спинки и корыта достаточно к соответствующей величине ординаты средней линии прибавить или отнять ординату симметричного профиля.

Относительные ординаты симметричного профиля С-4 для относительной толщиныс_m =0,1 приведены в табл. 6. Их необходимо скорректировать - в соответствии с полученными значениями. Абсолютную величину текущей ординаты скорректированного симметричного профиля определяют из выражения:

.

Абсолютные значения ординат спинки и корыта вычисляют по соотношениям:

Радиус скругления входной кромки у трансзвуковых профилей принимают 0,09с_m (минимально допустимый радиус входной кромки 0,5 мм), радиус скругления выходной кромки 0,01с_m (минимально допустимый радиус выходной кромки 0,3 мм)

Порядок расчета координат профилей в контрольных сечениях приведен в табл. 2. Формы спроектированных профилей РК в контрольных сечениях приведены на рис. 7.

Таблица 2 – Вычисления координат профиля в контрольных сечениях

Втулка
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
	0	0,3662	0,9119	1,7048	2,6332	3,3987	4,6530	5,4679	5,7224	5,4496	4,6530	3,3987	2,6332	1,7048	0,9119	0
	0,3254	0,4475	0,6387	0,9195	1,2002	1,4850	1,7861	1,7210	2,0342	1,9610	1,7006	1,3222	1,0822	0,8177	0,5411	0,2441
	0,3254	0,8137	1,5507	2,6243	3,8335	4,8837	6,4391	7,1889	7,7567	7,4107	6,3537	4,7209	3,7155	2,5226	1,4530	0,2441
	-0,325	-0,081	0,2731	0,7853	1,4330	1,9136	2,8669	3,7469	3,6881	3,4885	2,9524	2,0764	1,5510	0,8870	0,3708	-0,242
	0	1,0171	2,5428	5,0857	7,6286	10,171	15,257	20,342	25,428	30,514	35,600	40,685	43,228	45,771	48,314	50,857
Средний радиус:
	0	0,2178	0,5424	1,0141	1,5664	2,0217	2,7679	3,2527	3,4041	3,2418	2,7679	2,0217	1,5664	1,0141	0,5424	0
	0,1627	0,2237	0,3193	0,4597	0,6001	0,7425	0,8930	0,8605	1,0171	0,9805	0,8503	0,6611	0,5411	0,4088	0,2705	0,1220
	0,1627	0,4416	0,8618	1,4739	2,1665	2,7643	3,6610	4,1132	4,4213	4,2223	3,6183	2,6829	2,1075	1,4230	0,8130	0,1220
	-0,162	-0,005	0,2231	0,5544	0,9663	1,2792	1,8749	2,3922	2,3870	2,2613	1,9176	1,3606	1,0253	0,6052	0,2719	-0,122
	0	1,0171	2,5428	5,0857	7,6286	10,171	15,257	20,342	25,428	30,514	35,600	40,685	43,228	45,771	48,314	50,857
Периферия:
	0	0,0237	0,0592	0,1107	0,1710	0,2207	0,3021	0,3551	0,3716	0,3539	0,3021	0,2207	0,1710	0,1107	0,0592	0
	0,1220	0,1678	0,2395	0,3448	0,4500	0,5568	0,6697	0,6453	0,7628	0,7353	0,6377	0,4958	0,4058	0,3066	0,2029	0,0915
	0,122058	0,191615	0,298764	0,455534	0,621104	0,777616	0,971984	1,000495	1,134506	1,089323	0,939944	0,716587	0,576858	0,417391	0,262147	0,091543
	-0,12206	-0,14404	-0,18031	-0,23409	-0,27907	-0,33616	-0,3676	-0,29027	-0,39122	-0,38148	-0,33556	-0,27513	-0,23483	-0,19595	-0,1437	-0,09154
	0	1,0171	2,5428	5,0857	7,6286	10,171	15,257	20,342	25,428	30,514	35,600	40,685	43,228	45,771	48,314	50,857

Рисунок 6 – Формы профилей лопатки РК в контрольных сечениях: а) – втулка,

б) – средний радиус, в) - периферия

Заключение

В данной курсовой работе выполнен термодинамический расчет двухвального ТРДД, проектный расчет проточной части двигателя, прототипом которого является двигатель двигателя JT9D-7R4G2.

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 осевого компрессора, треугольники скоростей на трех радиусах лопаточного венца первой ступени. Полученные данные являются исходными для последующего проектирования компрессора ГТД и могут быть уточнены в процессе их детального расчета.