Термогазодинамический расчет компрессора и турбины двигателя типа Р29Б-300

треугольники по среднему кнд.cdw

компрессорная решетка.cdw

Периферийное сечение
Треугольники скоростей К = 5 м(с*мм))
Схема проточной части КНД М(1:5)

Готовая турбинная решетка.cdw

Треугольники скоростей К = 5 м(с*мм))
Проточная часть ТНД М(1:5)

Пояснительная записка.doc

В данном курсовом проекте выполнен термогазодинамический расчет компрессора и турбины низкого давления турбореактивного одноконтурного двигателя с форсажной камерой сгорания типа Р29Б – 300.
Курсовой проект состоит из следующих разделов:
- согласование КНД и ТНД;
- газодинамический расчет КНД по среднему диаметру;
- газодинамический расчет третьей ступени КНД по высоте пера лопатки;
- профилирование рабочей лопатки первой ступени КНД;
- газодинамический расчет ТНД по среднему диаметру;
- газодинамический расчет ступени ТНД по высоте пера лопатки;
- профилирование рабочей лопатки ТНД.
Анализ задания и формирование исходных данных для расчета3
Выбор и согласование одновального газогенератора ТРД4
1Предварительный расчет параметров компрессора и турбины газогенератора4
Детальный расчет компрессора низкого давления ТРДФ10
1Предварительный расчет КНД ТРДФ10
2Расчет КНД по среднему диаметру16
3Определение числа рабочих лопаток в РК КНД24
4 Определение числа рабочих лопаток в СА КНД25
5 Эскиз проточной части КНД 28
Детальный расчет ТНД по среднему диаметру 30
1Эскиз проточной части ТНД30
2Поступенчатый расчет ТНД по среднему диаметру31
3Определение шага и числа лопаток в рабочих решетках ТНД37
4Определение шага и числа лопаток в сопловых решетках ТНД39
Расчет параметров потока по радиусу ступени компрессора.41
Расчет параметров потока по радиусу ступени ТНД52
Профилирование лопаток третьей ступени КНД60
Профилирование неохлаждаемых лопаток ТНД64
Список литературы .68
Анализ задания и формирование исходных данных для расчета
Исходные данные для расчета формируются на базе курсового проекта «Теория расчет и проектирование АД и ЭУ»:
Высота полета H = 0;
Полетное число Маха МП = 0;
Температура по МСА ;
Расход воздуха на входе в компрессор высокого давления ;
Степень повышения давления КНД ;
Температура газа перед турбиной низкого давления .
Выбор и согласование одновального газогенератора ТРДД
1 Предварительный расчет параметров компрессора и турбины газогенератора
)Работа затрачиваемая на привод КНД определяется по формуле:
)Потребная внутренняя удельная работа ТНД
где - коэффициент учитывающий отбор воздуха на охлаждение (1-охл) массу впрыскиваемого топлива и механические потери ротора газогенератора мРНД.
)Окружная скорость на среднем диаметре ТНД.
Первоначально определяем условную адиабатическую скорость:
Далее определяем окружную скорость на среднем диаметре:
где Y* – характеристика Парсона принимаем [1 стр11];
z – число ступеней турбины газогенератора предварительно принимаем z = 1.
)Температура газа за ТНД:
)Температура в корневом сечении неохлаждаемых лопаток турбины:
Температура охлаждение ТНД не требуется.
)Запас прочности рабочих лопаток ТВД Принимаем [1 стр14].
Принимаем работы двигателя на расчетном режиме .
)По температуре и выбранному ресурсу ч определяется материал лопаток и предел длительной прочности этого материала. Принимаем материал ЭП798ВД предел длительной прочности .
)Допустимые напряжения растяжения в корневом сечении рабочих лопаток турбины
)Относительная высота рабочих лопаток ТВД
где Ф = 05 071 – коэффициент формы лопаток учитывающий степень утонения лопаток турбины от корня к периферии принимаем Ф = 062 [1 стр15];
ρм = 8550 кгм3 – плотность материала лопаток ТНД.
)Выбираем приведенную скорость и угол α2 на выходе из РК ТВД.
Принимаем α2 = 88° [1 стр16].
)Отношение полных давлений в турбине
)Площадь кольцевого сечения канала на выходе из турбины
- расход газа на выходе из турбины;
- коэффициент учитывающий массу впрыскиваемого топлива и расход воздуха на охлаждение;
- полное давление за турбиной;
- полное давление перед турбиной;
- коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания.
)Высота лопатки на выходе из ТВД:
)Средний диаметр на выходе из ТВД:
)Наружный диаметр на выходе из ТНД:
)Внутренний диаметр на выходе из ТНД:
)Относительный диаметр втулки на выходе из ТВД:
)Площадь кольцевого сечения канала на входе в турбину
)Выбор формы проточной части.
Принимаем форму проточной части тогда
)Частота вращения ротора низкого давления:
)Приведенная скорость на выходе из КНД принимаем [1 стр68].
)Температура давление воздуха и критическая скорость на выходе из КНД:
)Скорость на выходе из КВД
Детальный расчет компрессора низкого давления ТРДФ
1 Предварительный расчет компрессора низкого давления
)Выбирается приведенная скорость потока на входе в КНД:
)Относительный диаметр втулки первой ступени КНД:
)Наружный диаметр первой ступени КНД:
)Средний диаметр КНД на входе:
)Диаметр втулки КНД на входе:
)Отношение площадей кольцевых сечений входа и выхода КНД:
)Площадь кольцевого сечения на выходе из КНД:
)Форма проточной части КНД:
)Относительный диаметр втулки на выходе из КНД:
)Наружный диаметр на выходе из КНД
)Диаметр втулки КНД на выходе:
)Выбираем коэффициенты затраченного напора согласно [1 стр.23]:
Распределение коэффициента затраченной работы по ступеням КНД
показано на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 Распределение коэффициента затраченной работы по ступеням компрессора газогенератора
)Выбираем окружную скорость на наружном диаметре первого рабочего колеса согласно [1 стр.64]:
)Сумма коэффициентов затраченного напора:
проверяем ранее назначенные коэффициенты по ступеням:
)Определяем число средних ступеней:
)Работа затраченная ступенями КНД:
)Выбираем кпд ступеней:
)Температура за ступенями КНД:
Рассчитанные значения температуры за ступенями приведены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 Температура за ступенями компрессора газогенератора
)Степень повышения давления в ступенях:
Распределение показано на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 Степень повышения давления в компрессоре газогенератора
)Полное давление на входе в i-ю ступень КНД:
)Работа на лопатках в ступенях КНД:
где - коэффициент учитывающий потери затрачиваемой работы в связи с наличием радиального зазора неравномерности потока по шагу и радиусу и трения воздуха о стенки проточной части и диски рабочих колес.
Результаты основных параметров сведены в таблицу 2.1
2Расчет параметров КНД по среднему диаметру
)Окружная скорость на среднем диаметре
)Частота вращения КНД:
)Угол входа в рабочее колесо первой ступени:
)Приведенная осевая скорость на входе в КНД:
)Критическая скорость на входе в ступени КНД:
)Осевая составляющая абсолютной скорости на входе в ступени КНД:
)Коэффициент расхода на среднем диаметре:
)Коэффициент напора:
)Степень реактивности для первой ступени:
В последующих ступенях степень реактивности уменьшается на 5% на
каждую последующую ступень. [1 стр.71]
)Приведенная окружная скорость на входе в ступени КНД:
)Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в ступени
)Абсолютная скорость на входе в i-ступень:
)Коэффициент производительности:
)Окончательная приведенная скорость на входе в i-ю ступень:
)Угол входа в ступень по абсолютной скорости:
)Число Маха по относительной скорости на входе в i-ю ступень:
)Площадь проходного сечения на входе в ступень
)Наружный и внутренний диаметры рабочих колес
)Высота рабочей лопатки на входе:
)Угол потока воздуха на входе в рабочее колесо в относительном движении:
)Относительная скорость воздуха на входе в рабочее колесо:
)Местная скорость звука на входе в ступень:
)Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса:
)Осевая составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса:
)Абсолютная скорость на выходе из рабочего колеса:
)Приведенная скорость на выходе из рабочего колеса:
)Местная скорость звука на выходе из рабочего колеса:
)Число Маха по абсолютной скорости на входе в спрямляющий аппарат:
)Угол выхода из рабочего колеса в абсолютном движении:
)Площадь кольцевого сечения на выходе из рабочего колеса:
)Относительный диаметр втулки за рабочим колесом:
)Высота лопатки на выходе из рабочего колеса:
)Относительная скорость воздуха на выходе из колеса:
)Угол выхода потока из рабочего колеса:
)Угол поворота потока в рабочем колесе:
)Угол поворота потока в спрямляющем аппарате:
Результата рассчитанных параметров занесены в таблицу 2.2.
3 Определение числа лопаток в рабочих колесах КНД
)Определение безразмерных величин
)Густота решеток рабочих колес:
)Принимаем значения удлинений лопаток:
)Число лопаток рабочих колес:
)Уточнение удлинений:
)Длина хорды рабочих лопаток:
4 Определение числа лопаток в спрямляющих аппаратах КНД
)Номинальный угол поворота потока в СА КНД и параметр Е:
)Густота решетки спрямляющего аппарата:
)Число лопаток направляющего аппарата. Удлинения лопаток для
спрямляющих аппаратов имеют такие же значения как и для рабочих колес.
)Длина хорды лопаток СА:
Результаты пунктов 2.3 и 2.4 заносятся в таблицу 2.4
5. Эскиз проточной части КНД
)Отношение высоты рабочей лопатки на входе к ширине у втулки:
)Ширина рабочих лопаточных венцов у втулки:
)Осевые зазоры между венцами РК и СА:
)Длина проточной части:
Результаты расчетов занесены в таблицу 2.5
Детальный расчет ТНД по среднему диаметру
1 Эскиз проточной части ТНД
В результате выполненных предварительных расчетов были получены геометрические размеры турбины за рабочими лопатками последней ступени и на входе в сопловой аппарат первой ступени. При выбранном числе ступеней эти размеры являются базовыми для эскиза проточной части.
На основе статистических данных выбираем дополнительные геометрические соотношения.
Ширина охлаждаемых рабочих решеток:
Ширина лопаток сопловых аппаратов:
Осевой зазор между венцами:
Длина проточной части турбины:
2 Поступенчатый расчет ТНД по среднему диаметру
) Расход газа на входе в ТНД:
) Средний диаметр на входе в ТНД:
) Высота лопаток на выходе из соплового аппарата и на выходе из рабочего колеса определяется по рисунку меридионального сечения проточной части ТНД:
) Окружная скорость на среднем диаметре на входе в ступень ТНД:
) Давление адиабатно–заторможенного потока на входе в ТНД:
) Температура торможения газа на входе в ТНД:
) Адиабатный тепловой перепад:
) Приведенная скорость:
) Статическое давление за первой ступенью:
) Степень реактивности.
) Адиабатная работа расширения в соплах:
) Адиабатная работа расширения в рабочем колесе:
) Скоростной коэффициент соплового аппарата выбирается с учетом рекомендаций ([1] стр. 47)
) Теоретическая скорость на выходе из соплового аппарата:
) Действительная скорость на выходе из соплового аппарата:
) Температура газа за сопловым аппаратом:
) Приведенная теоретическая скорость на выходе из сопла:
) Статическое давление за сопловым аппаратом:
) Плотность газа за сопловым аппаратом:
) Угол выхода из сопла:
Проверка реактивности в корневом сечении ступени:
Реактивность в корневом сечении больше 0.
) Скорость потока газа на входе в рабочее колесо первой ступени в относительном движении:
) Угол входа потока на рабочую решетку в относительном движении
) Скоростной коэффициент рабочей решетки зависит от суммы углов на входе и выходе из решетки и выбирается в соответствии с рекомендациями ([1] стр.47)
) Скорость газа на выходе из рабочей решетки в относительном движении
) Температура торможения потока в относительном движении на входе в решетку рабочего колеса ТВД:
) Приведенная относительная скорость на выходе из ступени:
) Полное давление в относительном движении на выходе из ТНД:
) Угол выхода потока из рабочей решетки в относительном движении:
) Абсолютная скорость потока за рабочим колесом первой ступени:
) Угол абсолютной скорости потока за рабочим колесом:
) Приведенная скорость на выходе из первой ступени:
3 Определение шага и числа лопаток в рабочих решетках ТНД
) Определяем угол установки профиля:
) Относительная толщина выходной кромки:
) Угол поворота потока в рабочей решетке (в радианах):
) Оптимальный относительный шаг решётки для неохлаждаемой решётки РК:
) Число лопаток в решётке:
Уточняем шаг решётки
) Проверяем шаг у корня лопаток.
Шаг в корневом сечении имеет допустимую величину.
4 Определение шага и числа лопаток в сопловых решетках ТНД
) Оптимальный относительный шаг решётки для охлаждаемой решётки СА:
Расчет параметров потока по радиусу ступени компрессора.
Принимаем для первых четырёх ступени профилирование по закону с постоянной по радиусу кинематической степени реактивности а для остальных пяти – rCu = const. Расчёт будем производить для третьей ступени КНД 3 – х сечениях: корневом среднем и концевом.
За основу расчета принимаются величины полученные при расчете ступени по среднему диаметру предполагая что течение воздуха в пределах ступени происходит по цилиндрическим поверхностям тока.
Расчетные сечения в корневой и концевой частях выбираем на расстоянии (2 4) мм соответственно от втулки и наружного радиуса лопатки на выходе из решетки. Радиус совпадает со средним радиусом ступени. Расчёты приведены только для корневого сечения. Результаты расчёта среднего и концевого сечений занесены в таблицу 4.1.
) Определение расчетных сечений.
Периферийное сечение:
) Определение осевых составляющих абсолютной скорости потока воздуха на входе и выходе из рабочего колеса по радиусу
Так как выбран закон профилирования то
) Определение окружных составляющих абсолютной скорости потока воздуха на входе и выходе из рабочего колеса:
) Абсолютная скорость воздуха на входе в колесо:
) Абсолютная скорость воздуха на выходе из колеса:
) Приведенная скорость потока на входе в колесо:
) Приведенная скорость потока на выходе из колеса:
) Статическое давление на входе в колесо:
) Статическое давление на входе в колесо:
) Скорость звука на входе в колесо:
) Скорость звука на выходе из колеса:
) Окружная скорость колеса на входе в решётку на расчётном радиусе:
) Окружная скорость колеса на выходе из решётки на расчётном радиусе:
) Угол входа потока в решётку рабочих лопаток в относительном движении:
) Угол выхода потока из решётки рабочих лопаток в относительном движении:
) Угол отклонения потока в решётке рабочего колеса:
) Относительная скорость потока на входе в рабочие лопатки:
) Относительная скорость потока на выходе из решёток рабочих лопаток:
) Угол потока на входе в рабочее колесо в абсолютном движении:
) Угол потока на выходе из рабочего колеса в абсолютном движении:
) Число Маха по относительной скорости воздуха на входе в рабочее колесо:
) Число Маха по абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса:
) Коэффициент расхода:
) Относительная закрутка потока на входе в рабочее колесо:
) Степень реактивности:
) Коэффициент напора:
) Параметр реактивности:
) Параметр напора при (bt)=1:
) Густота решетки РК:
) Угол атаки iср = -3.
) Входной геометрический угол профиля лопатки:
) Коэффициент геометрии профиля:
) Угол кривизны (изгиба) профиля:
) Угол отставания потока на выходе из решётки:
) Выходной геометрический угол профиля:
) Угол изгиба входной кромки:
) Угол изгиба выходной кромки:
) Угол выноса (установки) профиля:
) Длина средней линии профиля (межлопаточного канала):
) Угол раскрытия эквивалентного плоского диффузора
Таблица 4.1 – Расчет параметров потока по радиусу третьей ступени КНД
Расчет параметров потока по радиусу ступени ТНД
Согласно рекомендациям ([1] стр.103) принимаем для первой ступени профилирование по закону постоянной по радиусу циркуляции. Расчет проводится в 3–х сечениях: корневом среднем и концевом.
Радиус переходной галтели (закругления) для корневого и концевого сечения лопаток:
Расчетные сечения в корневых и периферийных частях:
Относительные радиусы расчетных сечений
В силу того что дальнейший расчет всех сечений аналогичен численные значения приведены только для корневого сечения. Результаты расчета остальных сечений приведены в таблице 5.1.
Порядок расчета следующий.
) Осевая составляющая абсолютной скорости потока газа на входе в рабочее колесо:
) Осевая составляющая абсолютной скорости газа на выходе из рабочего колеса:
) Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в рабочее колесо ступени:
) Окружные составляющие абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса ступени
) Абсолютная скорость газа на входе в колесо:
) Абсолютная скорость газа на выходе из колеса:
) Приведенная скорость на входе в колесо:
) Приведенная скорость потока на выходе из колес:
) Окружная скорость колеса на входе:
) Окружная скорость колеса на выходе:
) Угол входа потока в решетку рабочих лопаток в относительном движении:
) Угол выхода потока из решетки рабочих лопаток в относительном движении:
) Угол поворота потока в решетке рабочего колеса:
) Относительная скорость потока на входе в рабочую решетку:
) Относительная скорость потока на выходе из рабочей решетки:
) Угол потока на входе в рабочую решетку в абсолютном движении:
) Угол потока на выходе из рабочей решетки в абсолютном движении:
) Температура торможения в относительном движении:
) Приведенная скорость в относительном движении на входе в колесо:
) Приведенная скорость в относительном движении на выходе из колеса:
) Статическое давление на выходе из колеса:
Результаты расчета остальных сечений приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 – Результаты расчета параметров потока по радиусу ступени ТНД
Профилирование лопаток третьей ступени КНД
Профилирование лопаток третьей ступени КНД произведём методом расчёта координат профилей. В таблице 6.1 представлены все необходимые для профилирования параметры решётки которые мы нашли уже ранее.
Таблица 6.1 – Основные параметры компрессорной решётки
Координаты профилей вычисляются в прямоугольной системе координат x – y. Ось x направлена по хорде профиля от передней к задней кромке а ось y исходит из начала средней линии и направлена в сторону выпуклой поверхности.
) Выбор базового профиля. Выбор производится согласно рекомендациям [2 стр 181]. Относительные координаты профиля занесены в таблицу 6.2.
) Расчёт координат средней линии профиля производится по формуле:
где - относительная координата базового профиля.
) Абсолютное значение координаты симметричного профиля вычисляется по соотношению:
) Координаты верхнего и нижнего контуров изогнутого профиля вычисляются по выражениям:
) Значение координат х:
Таблица 6.2 – Расчёт координат профилей.
Периферийное сечение
Профилирование неохлаждаемых лопаток ТНД
1 Определение основных геометрических параметров профилей
Для профилирования лопаток турбины необходимо определить основные геометрические параметры профилей решетки. Некоторые из них были найдены в пункте 5. Далее определим дополнительные геометрические параметры необходимые для профилирования лопаток.
) Угол установки определим аналогично пункту 3.3:
) Хорда лопатки и ширина венца:
) Радиус скругления входной кромки:
) Относительный радиус скругления выходной кромки:
) Угол заострения выходной кромки:
) Угол заострения входной кромки:
) Геометрический угол на входе в лопатку:
) Геометрический угол на выходе из лопаток:
) Угол отгиба выходного участка спинки профиля на среднем диаметре:
) Максимальная толщина профиля:
Профилирование производим согласно методике представленной в [6].
Проведен термогазодинамический расчет компрессора и турбины низкого давления давления двигателя типа Р29Б-300. Спрофилированы рабочие лопатки третьей ступени по высоте в трех сечениях компрессора и турбины а также построены треугольники скоростей для рабочих лопаток турбины и компрессора по среднему диаметру. Произведено построение проточной части турбины и компрессора. Результат построения профилей является удовлетворительными.
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. 156 с.
Белоусов А.Н. Мусаткин Н.Ф. и др. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин. СГАУ Самара 2006 с316.
Харитонов В.Ф. Материалы деталей авиационных газотурбинных двигателей: Методические указания к курсовому и дипломну проектированию. УГАТУ. – Уфа 2004.-38с.
Капустин Н. К. Казыханов М. Ш. Методические указания по расчету параметров ступени турбины по радиусу с применением ЭВМ и профилирование лопаток. Издание УАИ Уфа 1987 38 с
Таблица газодинамических функций.