Газодинамический расчет компрессора и турбины

Чертеж 2К.cdw

Профиль рабочего колеса 1 ступени
Профиль и план скоростей
среднего сечения РК компрессора
Треугольники скоростей (М 1:2)

Чертеж 1T.cdw

Профиль и план скоростей
втулочного сечения РК турбины
Профиль рабочего колеса (М 4:1)
Треугольники скоростей (М 1:4)

Чертеж 3К.cdw

Профиль рабочего колеса 1 ступени
(Концевое сечение; R
Профиль и план скоростей
концевого сечения РК компрессора
Треугольники скоростей (М 1:2)

Чертеж 2T.cdw

Профиль и план скоростей
среднего сечения РК турбины
Профиль рабочего колеса (М 4:1)
Треугольники скоростей (М 1:4)

Чертеж 3T.cdw

Профиль и план скоростей
концевого сечения РК турбины
Профиль рабочего колеса (М 4:1)
Треугольники скоростей (М 1:4)

Чертеж 1К.cdw

Профиль рабочего колеса 1 ступени
(Втулочное сечение; R
Профиль и план скоростей
втулочного сечения РК компрессора
Треугольники скоростей (М 1:2)

Пояснительная записка.docx

Краткое изложение выполненной работы
В представленной курсовой работе выполнен проектный термогазодинамический расчет основных параметров компрессора и турбины низкого давления на примере прототипа ТРДДФ РД-33.
Подготовлены и обобщены исходные данные для расчетов компрессора и турбины на среднем диаметре с соблюдением допустимых погрешностей.
Показана методика расчета основных параметров компрессора с применением СИМ COMPRESSOR.
Представлена методика расчета основных параметров турбины базирующаяся на обобщенном опыте и статистике выполнения подобных расчетов.
Выполнено построение планов скоростей и профилей рабочих колес для первой ступени компрессора и турбины в трех контрольных сечениях.
Сделаны выводы по результатам курсовой работы.
Подготовка исходных данных для расчета компрессора низкого давления по параметрам на среднем диаметре5
1 Распределение работ по ступеням5
2 Вычисление полных температур в сечениях компрессора7
3 Подбор КПД ступеней8
4 Распределение осевых скоростей по тракту компрессора9
5 Расчет геометрических параметров12
Расчет компрессора по параметрам на среднем диаметре в СИМ COMPRESSOR15
2 Расчет параметров17
3 Оценка результатов расчета22
4 Построение треугольников скоростей23
Профилирование РК первой ступени компрессора26
1 Профилирование в СИМ COMPRESSOR26
2 Профилирование в CAD системе КОМПАС29
Расчет турбины низкого давления по параметрам на среднем диаметре31
1 Подготовка исходных данных для расчета турбины низкого давления31
2 Расчет параметров потока в межвенцовом зазоре34
3 Расчет параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса40
4 Расчет параметров потока за сопловым венцом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока ( при радиальной установке лопаток44
5 Расчет параметров потока за рабочим колесом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока (47
Профилирование РК первой ступени турбины51
1 Построение графиков распределения51
2 Расчет геометрических параметров профилей в контрольных сечениях53
Подготовка исходных данных для расчета компрессора низкого давления по параметрам на среднем диаметре
После проведения термогазодинамического расчета двигателя на заданном режиме становятся известны некоторые параметры на входе в компрессор:
- степень повышения давления в компрессоре = 35;
- полное давление воздуха на входе в компрессор = 101325 Па;
- полная температура воздуха на входе в компрессор = 28815 К;
- расход воздуха через компрессор = 77 кгс;
- частота вращения ротора n = 11002 обмин;
- адиабатический КПД компрессора = 084;
1 Распределение работ по ступеням
Находим затраченную работу компрессора:
Выполняем распределение затраченного напора по ступеням с соблюдение условия:
где z – число ступеней
- затраченный напор в i-й ступени.
Средняя затраченная работа на ступень:
Затраченная работа в средних ступенях на (15 20) % больше средней работы а в последних ступенях примерно равна ей.
При любом виде разбиения работ по ступеням компрессора должно выполняться следующее условие [1]:
Исходя их указанных рекомендаций применяем следующее распределение работ:
Таблица 1 – Распределение работ по ступеням компрессора
Равенство выполняется – распределение работ выполнено верно.
Рисунок 1 – Распределение работ по ступеням компрессора
2 Вычисление полных температур в сечениях компрессора
Вычисляем температуры на выходе из рабочего колеса каждой ступени:
Аналогично вычисляем температуры для остальных ступеней:
Таблица 2 – Распределение температур по ступеням компрессора
Рисунок 2 – Распределение температур по ступеням компрессора
3 Подбор КПД ступеней
Выбор КПД ступеней. КПД ступеней входящих в компрессор как правило неодинаковы. В первых сверхзвуковых он ниже среднего на 2 4 %. В средних ступенях КПД больше среднего на 1 2 % [1].
Таблица 3 – Распределение КПД по ступеням компрессора
Основным критерием выбора КПД ступеней является получение требуемой степени повышения давления во всем компрессоре с погрешностью не более 1% [1]:
Аналогично вычисляем степень повышения давления в других ступенях:
Таблица 4 – Степень повышения давления в ступенях компрессора
Определяем погрешность:
В результате выбора КПД ступеней погрешность составила менее 1%.
Рисунок 3 – Распределение КПД по ступеням компрессора
4 Распределение осевых скоростей по тракту компрессора
Скорость на входе в компрессор рассчитываем по следующей зависимости:
где приведенная скорость на входе в компрессор задается в первом приближении ;
α1 - угол потока на входе в компрессор без наличия ВНА принимаем α1 = 90;
Аналогичным образом вычисляем осевую скорость на выходе из компрессора:
где приведенная скорость на выходе из компрессора задается в первом приближении ;
α- угол потока на выходе из компрессора принимаем α = 90;
Вычисляем падение осевой скорости в ступени:
Вычисляем осевые скорости во всех сечениях. Осевая скорость на входе в РК:
Осевая скорость на выходе из ступени:
Осевая скорость за РК:
Аналогично вычисляем осевые скорости в других ступенях:
Таблица 5 – Распределение осевых скоростней по ступеням компрессора
После проведения всех необходимых вспомогательных расчетов составляем таблицу исходных данных:
Таблица 6 – Таблица исходных данных
Затраченный напор Джкг
Степень повыше-ния давления в ступени
Полная темпера-тура на входе в ступень К
Полная темпера-тура на выходе из ступени К
Осевая скорость на входе в РК мс
Осевая скорость за РК мс
5 Расчет геометрических параметров
По чертежу двигателя определяем значения диаметров на входе и выходе из РК для втулочного и концевого сечений. Данные приведены в таблице 7:
Таблица 7 – Геометрические размеры сечений
Рассчитываем значения диаметров для среднего сечения. На входе в РК:
Аналогично рассчитываем значения диаметров для остальных ступеней:
Таблица 8 – Значения диаметров для среднего сечения
Рассчитываем относительный диаметр втулки:
Аналогично рассчитываем значения относительного диаметра втулки для остальных ступеней:
Таблица 9 – Значения относительного диаметра втулки
Признак формы проточной части определяется отношением выходного диаметра ко входному рассчитанному для каждой ступени и каждого сечения соответственно:
Для формы DК = const:
Для формы DСР = const:
Для формы DВТ = const:
Аналогично рассчитываем отношения диаметров для остальных ступеней:
Таблица 10 – Отношения диаметров
По полученным соотношениям определяем форму проточной части каждой ступени:
Ступень 3: DСР = const
Ступень 4: DСР = const
Для последующего профилирования лопатки первой ступени необходимо определить высоту лопатки:
Относительная высота лопатки:
После проведения всех необходимых расчетов составляем таблицу исходных данных:
Таблица 11 – Таблица исходных данных
Продолжение таблицы 11
Расчет компрессора по параметрам на среднем диаметре в СИМ COMPRESSOR
На основании проведенных расчетов строится модель компрессора низкого давления в СИМ COMPRESSOR. Построенная модель представлена на рисунке 4:
Рисунок 4 – Модель компрессора:
– «входное сечение» 2 – «вращение каскада» 3 – «осевая ступень»
– «профилирование» 5 – «выходное сечение»
Исходными данными для расчета компрессора в СИМ COMPRESSOR являются геометрические параметры проточной части компрессора и кинематические параметры потока. В созданной модели осевого четырехступенчатого компрессора низкого давления в каждой ступени по предварительным данным назначаются входные параметры.
Исходные данные элемента модели «Входное сечение» представлены в таблице 12:
Таблица 12 – Исходные данные элемента «Входное сечение»
Расход воздуха [кгс]
Полное давление воздуха на входе [Па]
Угол потока на входе в компрессор [град]
Угол потока на выходе из компрессора [град]
Осевая скорость на входе [мс]
Полная температура воздуха на входе [K]
Исходные данные элемента модели «Вращение каскада» представлены в таблице 13:
Таблица 13 - сходные данные элемента «Вращение каскада»
Частота вращения [обмин]
Исходные данные элемента модели «Осевая ступень» представлены в таблице 14:
Таблица 14 - Исходные данные элемента «Осевая ступень»
Затраченная работа ступени [Джкг]
Степень реактивности на среднем диаметре
Осевая скорость за РК [мс]
Осевая скорость на выходе [мс]
Коэффициент неравномерности (093 1)
Относительное изменение "постоянного" диаметра (d2d1)
Продолжение таблицы 14
Коэффициент учит. потери затрачиваемой работы (088 1)
Коэффициент восст. полного давления в НА
Относительный диаметр втулки на входе в РК
Признак учета относительного диаметра (1-да 0-нет)
После введения всех данных проводится расчет (кнопка «Начать расчет» или меню «Расчеты > Начать расчет»). В результате расчета будут доступны выходные параметры ступеней компрессора а также отображение проточной части компрессора в случае линейного распределения осевых составляющих абсолютной скорости потока воздуха.
Результаты расчета элемента модели «Входное сечение» представлены в таблице 15:
Таблица 15 - Результаты расчета элемента модели «Входное сечение»
Результаты расчета элемента модели «Осевая ступень» представлены в таблице 16:
Таблица 16 - Результаты расчета элемента «Осевая ступень»
Газодинамические параметры
Теоретический напор ступени [Джкг]
Коэф-т теоретического напора ступени на среднем диаметре
Степень повышения полного давления в ступени
Степень повышения полного давления в РК
Число Маха по абсолютной скорости на входе в НА
Число Маха по относительной скорости на входе в РК
Степень реактивности в среднем сечении ступени
Полная температура воздуха на входе в ступень [К]
Полная температура воздуха на выходе из ступени [К]
Полное давление воздуха на входе в ступень [Па]
Полное давление воздуха на выходе из ступени [Па]
Окружная скорость на периферии на входе в ступень [мс]
Коэффициент расхода на среднем диаметре
Кинематические параметры
Относительная скорость перед РК [мс]
Продолжение таблицы 16
Относительная скорость за РК [мс]
Окружная составляющая абс. скорости перед РК [мс]
Окружная составляющая абс. скорости за РК [мс]
Осевая составляющая абс. скорости перед РК [мс]
Осевая составляющая абс. скорости за РК [мс]
Осевая составляющая абс. скорости за НА [мс]
Окружная скорость за РК [мс]
Окружная скорость перед РК [мс]
Абсолютная скорость на входе в ступень [мс]
Абсолютная скорость на выходе из РК [мс]
Угол входа потока в РК в отн. движении [град]
Угол выхода потока из РК в отн. движении [град]
Угол поворота потока в РК [град]
Угол входа потока в РК по абс. Скорости.
Угол выхода потока из РК по абс. Скорости.
Геометрические параметры
Площадь на входе в РК [м2]
Площадь на выходе из РК [м2]
Наружный диаметр на входе в РК [м]
Наружный диаметр на выходе из РК [м]
Относительная высота лопатки на среднем диаметре
Средний диаметр на входе в РК [м]
Средний диаметр на выходе из РК [м]
Диаметр втулки на входе в РК [м]
Диаметр втулки на выходе из РК [м]
Высота лопатки РК по входной кромке [м]
Высота лопатки РК по выходной кромке [м]
Удлинение лопатки РК
Хорда лопатки РК [м]
Густота решетки НА предыдущей ступени
Удлинение лопатки НА предыдущей ступени
Хорда лопатки НА предыдущей ступени [м]
Число лопаток НА предыдущей ступени
Угол поворота потока в НА пред ступени [град]
Параметры на расчетном радиусе
Расчетный радиус [м]
Степень реактивности
Осевая скорость на входе в РК [мс]
Осевая скорость на выходе из РК [мс]
Окpужная скоpость на входе в РК [мс]
Абсолютная скорость перед РК [мс]
Абсолютная скорость за РК [мс]
Относительная скорость на входе в РК [мс]
Относительная скорость на выходе из РК [мс]
Угол входа потока в РК в отн. движении [град.]
Угол выхода потока из РК в отн. движении [град.]
Угол входа потока в РК по абс. скорости [град.]
Угол выхода потока из РК по абс. скорости [град.]
Результаты расчета элемента модели «Выходное сечение» представлены в таблице 17:
Таблица 17 - Результаты расчета элемента «Выходное сечение»
Полное давление воздуха на выходе [Па]
Полная температура воздуха на выходе [К]
Угол потока на выходе [град]
Осевая скорость на выходе [мс]
Результаты расчета элемента модели «Общие результаты» представлены в таблице 18:
Таблица 18 - Результаты расчета элемента модели «Общие результаты»
Затраченная работа компрессора [Джкг]
Полная температура на выходе [К]
Полное давление на выходе [Па]
Степень повышения полного давления в компрессоре
По результатам расчета профилируется проточная часть компрессора низкого давления которая соответствует проточной части компрессора двигателя-прототипа Д-30КУ. Результат представлен на рисунке 5:
Рисунок 5 – Проточная часть компрессора
3 Оценка результатов расчета
Оценка результатов расчета и модели в целом заключается в определении погрешностей расчета степени повышения полного давления и КПД компрессора.
Оценка погрешности расчета степени повышения полного давления в компрессоре производится по формуле:
где - действительное значение степени повышения полного давления;
- расчетное значение степени повышения полного давления.
Оценка погрешности расчета КПД компрессора производится по формуле:
где - действительное значение коэффициента полезного действия;
- расчетное значение коэффициента полезного действия.
Рассчитанные погрешности не превышают 1%. Из этого можно сделать вывод об адекватности модели созданной в СИМ COMPRESSOR.
4 Построение треугольников скоростей
Построение треугольников скоростей осуществлялось автоматически в СИМ COMPRESSOR. Условие рисования задается в элементе модели «Осевая ступень» - «Признаки рисования».
Построенные треугольники представлены ниже:
Рисунок 6 – Треугольники скоростей для первой ступени
Рисунок 7 – Треугольники скоростей для второй ступени
Рисунок 8 – Треугольники скоростей для третьей ступени
Рисунок 9 – Треугольники скоростей для четвертой ступени
Профилирование РК первой ступени компрессора
1 Профилирование в СИМ COMPRESSOR
В рамках курсовой работы было выполнено профилирование рабочей лопатки первой ступени компрессора. Профилирование выполнялось в СИМ COMPRESSOR. Профилирование производилось для трех расчетных сечений.
Для выполнения этой задачи в структуру созданной модели был добавлен элемент «Профилирование».
Исходные данные элемента модели "Профилирование" представлены в таблице 19:
Таблица 19 - Исходные данные элемента "Профилирование
Относительная максимальная толщина профиля [%]
Тип профиля (1-дозвуковой 2-сверхзвуковой
Результаты расчета элемента модели "Профилирование" представлены в таблице 20:
Таблица 20 - Результаты расчета элемента "Профилирование
Координата X центра тяжести профиля [мм]
Координата Y центра тяжести профиля [мм]
Момент инерции профиля (ось X) [мм4]
Момент инерции профиля (ось Y) [мм4]
Площадь профиля [мм2]
Радиус сечения [мм]
Статический момент инерции профиля (ось X) [мм3]
Статический момент инерции профиля (ось Y) [мм3]
Угол изгиба профиля [град]
Продолжение таблицы 20
Угол отставания потока [град]
Угол установки профиля [град]
Для дальнейшего построения треугольников скоростей для расчетных сечений необходимо знать параметры на расчетном радиусе.
Результаты расчета элемента модели "Осевая ступень" представлены в таблице 21:
Таблица 21 - Результаты расчета элемента "Осевая ступень
Окружная составляющая абс скорости перед РК [мс]
Окружная составляющая абс скорости за РК [мс]
Абсолютная скорость за РК [мс]
Угол входа потока в РК в отн движении [град]
Угол выхода потока из РК в отн движении [град]
Угол входа потока в РК по абс скорости [град]
Угол выхода потока из РК по абс скорости [град]
По результатам расчета в СИМ COMPRESSOR производится автоматическое профилирование рабочей лопатки первой ступени компрессора на расчетных радиусах.
Результаты профилирования представлены ниже:
Рисунок 10 – Профиль РК во втулочном сечении
Рисунок 11 – Профиль РК в среднем сечении
Рисунок 12 – Профиль РК в концевом сечении
2 Профилирование в CAD системе КОМПАС
По результатам всех произведенных расчетов в СИМ COMPRESSOR составляется таблица исходных данных для построения треугольников скоростей:
Таблица 22 – Исходные данные
Степень реактивности
Осевая скорость на выходе из РК мс
Окружная составляющая абсолютной скорости перед РК мс
Окружная скорость на входе в РК мс
Продолжение таблицы 22
Абсолютная скорость перед РК
Абсолютная скорость за РК
Относительная скорость на входе в РК
Относительная скорость на выходе из РК
Угол входа потока в РК в относительном движении
Угол выхода потока из РК в относительном движении
Угол входа потока в РК по абсолютной скорости
Угол выхода потока из РК по абсолютной скорости
Угол установки профиля
На основании обобщенных данных производится построение треугольников скоростей для расчетных радиусов.
Также осуществляется построение профилей РК на основании координат полученных при профилировании в разделе 3.1
Результаты профилирования в CAD системе КОМПАС представлены в приложении А.
Расчет турбины низкого давления по параметрам на среднем диаметре
1 Подготовка исходных данных для расчета турбины низкого давления
После проведения термогазодинамического расчета двигателя на заданном режиме становятся известны некоторые параметры турбины:
- степень понижения давления в турбине = 2157;
- полное давление воздуха на входе в турбину = 836013 Па;
- полная температура воздуха на входе в турбину = 122345 К;
- расход газа через турбину = 52014 кгс = 52530 кгс;
- адиабатический КПД турбины = 08988;
- удельная работа турбины LТ = 221483 Джкг;
- приведенная скорость на входе в турбину λ = 0342;
- приведенная скорость на выходе из турбины λ = 0379.
Геометрические параметры определяем по чертежу двигателя для ступени:
Таблица 23 – Геометрические размеры
Для дальнейших расчетов необходимо вычислить средние диаметры:
Аналогично вычисляем средние диаметры для остальных сечений:
Таблица 24 – Значения средних диаметров
Вычисляем площадь проточной части в основных сечениях:
Аналогично вычисляем площади в остальных сечениях:
Таблица 25 – Значения площадей в сечениях
Полные температуры на входе и выходе из ступени известны после проведения термогазодинамического расчета двигателя:
Таблица 26 – Полные температуры
Определение полных и статических давлений:
- полные давления известны после проведения термогазодинамического расчета двигателя:
- статические давления
где – определяется по таблице газодинамических функций
Таблица 27 – Полные и статические давления в ступенях турбины
Выбор степени реактивности на среднем диаметре. Исходя из рекомендаций [2] назначаем степень реактивности ступени в пределах 03 04.
Таблица 28 – Степень реактивности в ступени
На этом подготовка исходных данных для расчета турбины на среднем диаметре завершена. Итоговая таблица с данными представлена ниже:
Таблица 29 – Исходные данные для расчета турбины на среднем диаметре
Продолжение таблицы 29
2 Расчет параметров потока в межвенцовом зазоре
Исходными данными для расчета по среднему диаметру являются данные полученные в разделе 4.1
Расчет ступени турбины:
2.1 Параметры термодинамического состояния газа перед СА (определяются по диаграмме ТДФ) [2]:
- полная энтальпия ;
2.2 Изоэнтропический теплоперепад в ступени при расширении газа до давления P2:
2.3 Скорость изоэнтропического истечения из СА:
2.4 Коэффициент скорости φ учитывающий потери энергии в СА выбирается в диапазоне 096 098. (В дальнейшем величина φ уточняется).
2.5 Приведенная скорость истечения из СА:
По величинам и φ определяем значение [2]:
2.6 Угол выхода потока из соплового венца в начальном приближении:
2.7 Уточняется значение коэффициента скорости φ. Величина φ определяется в основном суммой углов и параметром конфузорности решетки :
Тогда уточненное значение φ = 0977. Пересчитываем пункт 4.2.5:
2.8 Вычисляется уточненное значение угла выхода потока из СА соответствующее уточненному значению φ:
Уточненное значение принимаем окончательным и используем для всех дальнейших расчетов.
2.9Находим угол отставания потока α в косом срезе СА в зависимости от и [2]:
2.10 Эффективный угол выходной кромки СА:
2.11 Определяем угол установки γ профиля в решетке [2]:
2.12 Хорда профиля лопатки СА в среднем сечении:
2.13 Значение оптимального с точки зрения КПД относительного шага решетки в зависимости от углов и [2]:
2.14 Оптимальный шаг решетки СА:
2.15 Оптимальное число лопаток в венце:
В действительности количество лопаток в венце .
Вычисляем окончательное значение шага:
2.16 Ширина межлопаточного канала в горле:
2.17 Статическое давление в межвенцовом зазоре:
где определяется по величине энтальпии:
2.18 Абсолютная скорость за СА:
2.19 Осевая и окружная составляющие скорости истечения в абсолютном движении:
2.20 Окружная составляющая скорости на входе в РК в относительном движении:
2.21 Угол входа потока в РК в относительном движении:
2.22 Скорость на входе в РК в относительном движении:
2.23 Определяются параметры термодинамического состояния газа на входе в РК в относительном движении. Полная энтальпия:
2.24 Приведенная скорость потока в относительном движении:
2.25 Полное давление потока в относительном движении:
определяем по величине ;
По результатам расчета параметров потока в межвенцовом зазоре составляем таблицу расчетных данных:
Таблица 30 – Результаты расчета
Продолжение таблицы 30
3 Расчет параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса
Влияние центробежного эффекта в осевой ступени невелико поэтому будем считать что полная энергия потока в относительном движении постоянна т.е. [2].
За лопаточным венцом рабочего колеса определяются следующие параметры потока:
3.1 Изоэнтропическая скорость потока в относительном движении:
где энтальпия кДжкг определяются по величине:
после этого вычисляется приведенная скорость:
3.2 Величина угла выхода потока из РК в относительном движении (Первое приближение):
Величину и выбираем по величине которая определяется по уравнению:
а коэффициент выбирается в диапазоне 095 097. Принимаем .
3.3 Уточняем значение коэффициента скорости по обобщенной зависимости [2]:
3.4 Определяем уточненное значение угла выхода потока в относительном движении:
3.5 Угол отставания потока в косом срезе рабочего венца определяем в зависимости от и [2]:
3.6 Эффективный угол выхода из решетки:
2.7 Оцениваем угол установки γ профиля в решетке [2] принимая и :
2.8 Хорда профиля лопатки РК в среднем сечении:
2.9 Значение оптимального с точки зрения КПД относительного шага решетки РК находим в функции углов [2]:
2.10 Оптимальный шаг решетки РК:
2.11 Оптимальное число лопаток в венце РК:
2.12 Ширина межлопаточного канала в горле:
2.13 Относительная скорость потока на выходе из решетки:
2.14 Осевая и окружная составляющие скорости:
2.15 Окружная составляющая абсолютной скорости:
2.16 Абсолютная скорость потока за рабочим венцом:
2.17 Угол выхода потока из РК в абсолютном движении:
2.18 Полная энтальпия потока за рабочими лопатками:
По результатам расчета параметров потока за лопаточным венцом рабочего колеса составляем таблицу расчетных данных:
Таблица 31 – Результаты расчета
Продолжение таблицы 31
4 Расчет параметров потока за сопловым венцом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока ( при радиальной установке лопаток
Расчет производим для трех контрольных сечений. Принимаем
4.1 Диаметр поверхности тока:
4.2 Относительный диаметр:
4.3 Угол выхода потока в абсолютном движении:
4.4 Коэффициент скорости:
4.5 Абсолютная скорость:
4.6 Окружная составляющая абсолютной скорости:
4.7 Осевая составляющая абсолютной скорости:
4.8 Изоэнтропическая скорость истечения газа:
4.9 Статическое давление:
где ТДФ определяется по значению энтальпии:
4.10 Плотность газа:
4.11 Окружная скорость вращения колеса:
4.12 Окружная составляющая скорости на входе в РК в относительном движении:
2.13 Угол входа потока в РК в относительном движении:
2.14 Относительная скорость потока:
2.15 Полное давление на входе в РК в относительном движении:
где величина определяется по значению:
а величина по значению [2].
4.16 Приведенная скорость на входе в рабочий венец:
Аналогично производим расчет для сечений .
По результатам расчета составляем таблицу расчетных данных:
Таблица 32 – Результаты расчета
Определяемые параметры
5 Расчет параметров потока за рабочим колесом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока (
5.1 Диаметр поверхности тока:
5.2 Относительный диаметр:
5.3 Окружная скорость вращения колеса:
5.4 Угол выхода потока из рабочего венца в абсолютном движении:
5.5 Абсолютная скорость потока за РК:
5.6 Осевая составляющая абсолютной скорости:
5.7 Окружная составляющая абсолютной скорости:
5.8 Окружная составляющая скорости относительной скорости:
5.9 Угол выхода потока в относительном движении:
5.10 Скорость потока в относительном движении на выходе из РК:
5.11 Относительная скорость на выходе из РК при изоэнтропическом расширении:
5.12 Приведенная величина скорости:
5.13 Статическое давление за рабочим венцом:
где величина определяется по значению энтальпии:
5.14 Полная температура потока на выходе из РК определяется по величине энтальпии:
5.15 Полное давление потока в абсолютном движении на выходе из РК:
где определяется из ГДФ по величине:
Таблица 33 – Результаты расчета
Продолжение таблицы 33
На основании результатов расчета в пунктах 4.4 и 4.5 строится совмещенный план скоростей соответствующий параметрам в контрольных сечениях. План скоростей представлен в приложении А.
Профилирование РК первой ступени турбины
Завершающим этапом газодинамического проектирования является построение профиля сечений лопатки как профиля плоской решетки с шагом t соответствующим радиальному расположению сечения.
1 Построение графиков распределения
По результатам расчетов в разделе 4 строим графические зависимости которые используются в дальнейшем при определении геометрических параметров профилей лопаток в контрольных сечениях.
Таблица 34 – Данные для построения зависимостей
Рисунок 13 – Зависимость
Рисунок 14– Зависимость
Рисунок 15 – Зависимость
2 Расчет геометрических параметров профилей в контрольных сечениях
Проанализировав построенные зависимости назначаем три контрольных сечения:
2.1 По построенным графикам определяем значения угла входа потока в РК в относительном движении угла выхода потока в относительном движении и приведенной скорости на выходе из РК при изоэнтропическом расширении :
Таблица 35 – Значения
Расчет для втулочного сечения:
2.2 Назначаем оптимальный шаг исходя из значений :
2.3 Определяем шаг решетки:
2.4 Рассчитываем значение хорды профиля:
2.5 Назначаем максимальную толщину профиля:
2.6 Назначаем радиусы скругления кромок:
2.7 Назначаем входной конструктивный угол исходя из значений :
2.8 Назначаем входной конструктивный угол:
где угол отставания потока в косом срезе назначается исходя из значений [2].
2.9 Расчет угла установки профиля:
2.10 Положение точки максимальной толщины профиля:
где – угол отгиба выходной кромки для значений находится в пределах 15 22. Принимаем
2.11 Расчет ширины лопаточного венца:
2.12 Рассчитываем ширину «горла» канала:
2.13 Расчет углов заострения кромок:
где – длина развертки профиля определяемая как:
Углы заострения и во многом определяют плавность обводов профиля.
Для правильного построения решетки профилей необходимо чтобы в каждом контрольном сечении выполнялось условие:
Так же стоит отметить что для периферийных сечений .
Полученные значения углов заострения весьма малы поэтому назначаем эти углы исходя из указанных ограничений.
Аналогично производим расчет для среднего и концевого сечений. Результаты расчета представлены в таблице 36.
Таблица 36 – Геометрические параметры профиля
Продолжение таблицы 36
По результатам расчетов осуществляется профилирование первой ступени РК турбины в контрольных сечениях. Построенные профили представлены в приложении Б.
В ходе курсовой работы мною были получены навыки выполнения проектного термогазодинамического расчета основных параметров турбокомпрессора на примере прототипа ТРДДФ РД-33 в части выполнения следующих этапов:
- подготовлены исходные данные для расчета компрессора и турбины на среднем диаметре с оценкой расчета по допустимым погрешностям. При подготовке данных для расчета компрессора погрешность по степени повышения давления в каскаде составила менее 1% при подготовке исходных данных для расчета турбины погрешность по степени понижения давления и затраченной работе составила менее 1% что говорит об адекватности расчетов;
- изучены основы работы в СИМ COMPRESSOR а именно построение модели компрессора низкого давления с последующей оптимизацией проточной части построением планов скоростей для каждой ступени и профилированием РК первой ступени в трех сечениях;
- по результатам расчетов выполнено профилирование первой ступени РК в трех сечениях в CAD системе «КОМПАС» с построением треугольников скоростей в расчетных сечениях;
- на основе подготовленных данных выполнен расчет турбины на среднем диаметре а именно выполнен расчет потока в межвенцовом зазоре и за лопаточным венцом РК для каждой ступени турбины;
- выполнен расчет первой ступени турбины в части расчета параметров потока за сопловым венцом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока (α1=const) и расчет параметров потока за рабочим колесом с постоянным по высоте лопатки углом выхода потока (α2=const);
- на основании расчетов первой ступени турбины построен совмещенный план скоростей для трех контрольных сечений;
- выполнено профилирование первой ступени РК в трех контрольных сечениях в CAD системе «КОМПАС».
Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин К.В. Холщевников Машиностроение Москва 1970 -604 с.
Белоусов А.Н. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин А.Н.Белоусов Н.К. Мусаткин В.М.Радько В.С.Кузьмичев – СГАУ 2006 – 311с.
Емин О.Н. Карасев В.Н. Ржавин Ю.А. Выбор параметров и газодинамический расчет осевых компрессоров и турбин авиационных ГТД: Учебное пособие. – М.: «Дипак» 2003 г. 156 с.
Расчет осевого компрессора в системе имитационного моделирования COMPRESSOR. Лабораторный практикум Уфимск. авиац. техн. ун-т. Сост.: А.Б. Михайлова Д.А. Ахмедзянов И.А. Кривошеев З.Н. Бакирова. – Уфа 2013. – 61 с.
Термогазодинамические расчёты авиационных ГТД: Учебное пособиеА.М. Ахмедзянов В.П. Алаторцев Х.С.Гумеров Ф.Ф. Тарасов; Уфимск. авиац. ин-т. Уфа 1990. 340 с.
Диментова А.А. Таблицы газодинамических функций А.А.Диментова Ф.С.Рекстин В.А.Рябов - М.: Машиностроение 1966.