подвода последнего к выходному устройству. Он представляет кольцевую диффузорную решётку профилей, вследствие воздействия которой на поток скорость уменьшается интенсивнее, чем в щелевом диффузоре.
1. При кинематическом расчёте лопаточного диффузора выбираются следующие геометрические параметры (рис. 10.13):
Диаметр на выходе из диффузора - D4.
При этом — = 1,25... 1,35.
Ширина канала 64 на выходе из диффузора, обычно £ 3 > Ь2, где Ь2 - опре деленная ранее ширина щелевого участка диффузора.
Конструктивный у г о л на входе а 3л = а 3 - /, где угол а 3 был определен ра нее, угол атаки /= 0 ...-2 0.
Конструктивный угол на выходе а 4д = а 4 + 5, где а 4 = 20...30°, 5 = 2...3°. Число лопаток диффузора [26] Za = 9...25.
Во избежание усиления пульсаций потока в диффузоре zaне должно быть кратным числу лопаток РК.
Отношение п р о х о д н ы х сечений в диффузоре без учёта толщины лопаток
Рис. 10.13. Схемалопаточного диффузора
Здесь
2 л |
|
|
2 n |
RA_ |
0 з =— |
I l-- ^ -c o s a 3KI; ©4 = — |
I 1 - — cos a 4K,, |
zg |
Rn |
zg |
|
|
Rn |
Rl - |
Rl |
|
|
2 (R A C O S а 4л - |
R} cos a 3jl) |
|
|
Коэффициент восстановления полного давления
где c,rt = /(>ч, ©cp, /) определяется по рис. 10.14. Тогда полное давление на выходе из диффузора
Ра= Рз СГГ).
Газодинамическая функция
GBV7V
= m p\ FA sina4
где T\ =T \= r j ; F4 = к £)4 64.
Рис. 10.14. Графики зависимости =_/(Х3, 0°ср, У)
По q(XA) из таблиц газодинамических функций находим Л.4 и е(Л,4). Скорость потока
с4 R T ;
и её проекции с^г =сц sin оц; С4„ = С4 cos 014. Плотность воздуха на выходе из диффузора
р4 =р4
3.Профилирование лопаток диффузора.
Обычно лопатки диффузора проектируются постоянной толщины и очер чиваются одной или несколькими окружностями.
При построении лопаток, очерченных одной окружностью, радиус сред ней линии профиля лопатки принимается равным радиусу Ru а центры ок ружностей, описывающие средние линии лопаток, находятся на окружности радиуса г0 (см. рис. 10.13), который определяется по формуле
г0 =-jR} +R-1 - 2-R-i Rj, cosajn =J R%+ R *-2-R 4 - R„cosa4jl .
Разделив окружность с радиусом г0 на zd равных частей, из каждой точки деления радиусом R„ очерчиваются средние линии профилей всех лопаток диффузора.
Внешняя и внутренняя поверхности лопаток очерчиваются из тех же цен тров соответственно радиусами Лвнш ~ Rn ~ ~ и Лвнт = Rn — где А - тол щина лопатки.
10.7. РАСЧЁТ ВЫХОДНЫХ УСТРОЙСТВ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СТУПЕНИ
10.7.1. Расчёт сборной улитки
Расчёт сборной улитки сводится к определению необходимого изменения площади сечения улитки по углу <р (рис. 10.15) и параметров воздуха на вы ходе из улитки. При этом делается ряд упрощающих предположений.
Расход воздуха через сечение улитки пропорционален углу <р от начала улитки до рассматриваемого сечения:
G<i>
Закон движения воздуха в улитке - c)l( r = const или с„ = с4и — .
г
Меридиональной составляющей скорости стпренебрегаем. Плотность воздуха принимаем постоянной р = р4 = const.
Дня улитки произвольного поперечного сечения имеем |
|
G4>= |
(с4«-^)-Р4 J 7 dr |
(10 .1) |
|
Зои |
^ |
|
Для улитки круглого сечения (см. рис. |
10.14) после интегрирования выра- |
П L |
|
|
|
жения I у dr получим: |
|
|
|
720 ( а д ) л р 4 |
' - Vo-')2-*,2 |
( 10.2) |
9 |
|
Решая последнее уравнение относительно /?0 и имея в виду, что г' = г4 + 7?ф, получим
ф | 2 ^ ф
720 (с4„ • г4) 7Гр4
где с :
Интегрирование уравнения (10.1) возможно для улиток простейших форм поперечного сечения (круг, трапеция, прямоугольник). Для улиток с произ-
Рис. 10.15 СхемаЦБК со сборной улиткой
О IJ
вольной формой поперечного сечения интеграл J —dr вычисляется графиче-
14
ски. При этом вычерчивается график зависимости у = flf) и определяется
площадь под кривой в интервале от г4 до г5.
Так как число Л,4 в улитке мало (Я,4 < 0,3), то потерями можно пренебречь. Тогда давление на выходе из компрессора pi =р\ .
Степень повышения давления в компрессоре
. |
_ Р\ _ Р\ |
Яцбк |
Г |
— Г • |
|
р» |
Р\ |
Потери можно определить по формуле
AP = ^ f ,
где £, = 0,006...0,015,р5= р 4 -Ар.
10.7.2. Расчёт выходных патрубков
Выходные патрубки применяются в том случае, когда двигатель имеет индивидуальные камеры сгорания (рис. 10.16).
Профилирование выходных патрубков производится аналогично профи лированию улитки.
Скорость на выходе из патрубков с5 = 90... 140 м/с.
Потери Др*= £ |
, ггде £ = 0,005...0,075. |
|
р ;= р4*-Др* ид* |
= -^ - |
Расчёт компрессора считается за |
Р\ |
|
конченным, если в результате расчёта |
|
степень повышения давления в ком |
|
прессоре получилась равной я’6к, полу |
|
ченным в термодинамическом расчёте |
|
(или заданной д*цбк). |
|
|
Расхождение не должно превышать |
|
1%. При большей погрешности необхо |
|
димо изменить потери в диффузоре и |
Рис. 10 16. Схема выходных патрубков |
выходных устройствах. |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. |
Аб и а н ц |
В. Х. |
Теория газовых турбин реактивных двигателей. - М.: Маши |
ностроение, 1979. —310 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.А б р а м о в и ч |
Г. Н. |
Прикладная газовая динамика, 4-е изд., перераб. и доп. - |
М.: Наука, 1976. - |
8 8 8 |
с. |
|
|
|
|
|
М. И. , |
Жу р а в л ё в В. А, Профили |
3. |
Ар о н о в |
Б. М. , Жу к о в с к и й |
рование лопаток авиационных газовых турбин. - М.: Машиностроение, 1978. - 168 с. |
4. |
Б е л о у с о в |
А. Н. , |
Му с а т к и н |
Н. Ф. , |
Р а д ь к о |
В. М. Теория и рас |
чёт авиационных лопаточных машин: Учебник для вузов. 2-е изд. —Самара: Самар, |
гос. аэрокосм, ун-т, 2003. - |
344 с. |
|
|
|
|
|
|
5. |
Газодинамическое проектирование осевых турбин авиационных ГТД с использо |
ванием ПЭВМ в режиме диалога / Сост.: Деньгов А.Е., Кузьмичёв В.С., Мусаткин |
Н.Ф. - Самара: СГАУ, 1998. - 23 с. |
|
|
|
|
|
6 . |
Г р и г о р ь е в |
В. А. |
Проектный термогазодинамический расчёт авиационных |
ГТД гражданского назначения: Учебное пособие. - |
Самара: Самар, гос. аэрокосм, ун- |
т, 2001.- 170 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Д о р о ф е е в |
В. М. , |
Ма с л о в |
В. Г. , Пе р в ы ши н |
Н. В. Термогазоди |
намический расчёт газотурбинных силовых установок. —М.: Машиностроение, 1973. - |
144 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 . |
Емин О. Н. . |
|
Г а в р и л о в А. В. |
Методика расчёта газовых турбин на |
ЭВМ. - М.: МАИ, 1978. - 67 с. |
|
|
|
|
|
|
9. К и р и л л о в |
И. И. Теория турбомашин. - Л.: Машиностроение, 1972. - 536 с. |
10. К о м а р о в |
А. П. , |
С т е н ь к и н |
Е. Д. |
Профилирование лопаток осевого |
компрессора в плоских сечениях по геометрическим параметрам решёток на поверх |
ностях тока. - В сб.: Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигате |
лей. -Куйбышев:КуАИ, 1974. вып. 67. |
|
|
|
|
|
11. |
К о п е л е в |
С. З . , |
Т и х о н о в |
Н. Д. Расчёт турбин авиационных двигате- |
лей(Газодинамический |
расчёт. Профилирование лопаток). - М.: Машиностроение, |
1974.-267 с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. К у з ь м и ч ё в |
|
В. С. , |
Т р о ф и м о в |
А. А. |
Проектный расчёт основных |
параметров турбокомпрессора авиационного ГТД. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 77 с.
13.К у л а г и н В. В. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей
иэнергетических установок: Учебник - М.: Машиностроение, 2002. - 616 с.
14. Л окай А. И. , М а к с у т о в а М. К. , С т р у н к и н В . А . Газовые тур бины двигателей летательных аппаратов: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1991.-447 с.
15. Л ока й В. И. , С а л ь н и к о в Г . М. Термодинамический расчёт высоко температурных охлаждаемых турбин авиационных ГТД. - Казань: КАИ, 1980. - 104 с.
16. |
Ма м а е в |
Б. И. |
Газодинамический расчёт осевой турбины. Куйбышев: Ку |
АИ, 1969. 103 с. |
|
|
17. |
Мамаев |
Б. И. , |
Му с а т к и н Н. Ф. , Ар о н о в Б. М. Газодинамиче |
ское проектирование осевых турбин авиационных ГТД. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 70 с.
18. Ма с л о в В. Г . , К у з ь м и ч ё в В. С. , Г р и г о р ь е в В. А. Выбор па раметров и проектный термогазодинамический расчёт авиационных газотурбинных двигателей. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 176 с.
19. Не ч а е в |
' Ю. Н. |
Теория авиационных газотурбинных двигателей: Учебник |
для вузов. - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1990. —704 с. |
20. Не ча е в |
Ю. Н. |
Фё д о р о в |
Р. М. Теория авиационных газотурбинных |
двигателей. В 2-х ч. Ч. I. —М: Машиностроение, 1977. - 312 с. |
21. Ржав и н |
Ю. А. |
Осевые и центробежные компрессоры двигателей лета |
тельных аппаратов: Учебник для вузов. - М.: Издательство МАИ, 1995. - 334 с. |
22. Ст е н ь к и н Е. Д. , Юрин |
А. В. Выбор основных параметров газодина |
мический расчёт осевого многоступенчатого компрессора авиационных газотурбин ных двигателей. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 89 с.
23.Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтенко иВ.А. Сосунова. -М.: Машиностроение, 1979. -430 с.
24.Хо л ще в н и к о в К. В. Теория и расчёт лопаточных машин. - М.: Маши ностроение, 1970. - 610 с.
25. Хо л ще в н и к о в |
К. В. , Емин О. Н. |
Выбор |
параметров и расчёт |
авиационных турбин. - М.: МАИ, 1967. —177 с. |
|
|
26. |
Х о л ще в н и к о в |
К. В. , Емин О. И. , |
Ми т р о х и н В. Т. Теория и |
расчёт авиационных лопаточных машин: Учебник для вузов. - |
М.: Машиностроение, |
1986.-432 с. |
|
|
|
27. |
Ю р ин А . В . Выбор основных параметров и расчёт осевого многоступенча |
того компрессора: Учебн. пос. - Куйбышев: КуАИ, 1970 - 29с. |
|
28. |
Ю р и н А . В . Расчёт центробежного компрессора. - Куйбышев: КуАИ, 1979. |
-28 с. |
|
|
|
|
Приложение А
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ПО КАСКАДАМ КОМПРЕССОРА
Исходная система уравнений
Г
^тНД |
ПтНД Л тН Д |
СгНд —Ср Тт |
ЛкНД |
|
^ |
|
- +А&- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ПкИД |
|
|
|
|
< ■^тВД ПтВЛ Л тВ Д |
GrBfl —Ср Твх |
/ |
|
А-1 |
> |
1 |
( |
*■’ |
^ |
0 ) |
1+ ЛкНД -1 |
|
• |
^кВД —1 |
ЛкВД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
ЛкНД J V |
|
) |
Я КНД Л кВД = |
^к Е - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г. |
2 тНд |
U jH n . |
г . |
2 тВД и тВД |
. |
7Д |
|
^ г Н Д . |
_ |
СгВД |
где -ЬтнД ”■ |
2 |
9 |
-^тВД |
_ v*2 |
5 |
^гНД |
|
|
J |
гВД |
|
|
|
2 КтНД |
|
|
2 К* 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
/ ТВД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m с р г;х |
|
Л.п - 1 |
|
4 |
- т р ДЦ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п» |
|
|
|
|
|
|
|
А£ = |
О-ТРД; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N . / G . - ТВД. |
|
|
|
|
|
|
Неизвестные величины: Лцнд, я квд, мтВД, итНД, гтВд, z-,Ha, ТтВД, ^тнд-
Дополнительное уравнение связи (из условия равной прочности турбин НДиВД):
йт = = 0,304 (m + 1)0-649 +1,05 (см. рис. П1).
Мтнд
Задаваемые величины: гтВД и 2тНД; |
' |
Ттвд и К,*нд |
' |
' |
------»------ |
' |
------0,48 |
»------ |
|
>1 |
|
|
0,6 |
|
Из решения системы (1) получают
Я цН Д , Л кВД, МТВД, итНД.
Проверка ограничений
м.пр - мВпРт>х |
2тНД; мтВД <нтВДтах -> гтВД; |
(2 ) |
|
и, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>вд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U r ~ |
Ж тНД |
|
|
|
|
р |
г |
|
ifg 4 — |
|
|
3.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,6 |
|
|
1 |
«и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> |
|
|
|
|
— к |
? |
|
2,2 |
|
| |
АГ |
|
|
|
- J |
|
|
о-* |
|
|
|
|
|
|
* 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
у % _ х * 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J r - |
|
|
|
|
1,4УХ.* >у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.0 |
|
_ _ _1 |
6 |
8 |
10 |
12 |
|
14 |
да |
|
О |
|
|
|
|
Рис. П.1 |
Статистическая зависимость соотношения окружных |
|
|
скоростей на среднем диаметре турбин ВД и НД |
|
|
|
к тя = птНД< |
2 |
Гв|| |
=0,45...0,6 |
; |
|
|
|
|
|
|
= — |
|
|
|
|
2 в и в Ср Ц хн д |
Ц т НД G гНД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
Ктк= о у;вдШ |
= a |
|
= 0,38...0,52. |
|
|
|
|
|
VиКср
Витоге решение системы (1) с учётом ограничений (2) позволяет получить
[18]: Л кНД > л кВД, МтВД, Итн д , 2 тв д , 2 тНд .
Приложение Б
ПАРАМЕТРЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГТД
|
Наименование |
Схема |
Взлётный зежим к н д |
ПС КВД ТВД т н д |
|
двигателя |
Р,кН |
£ |
D /h ! |
|
турбокомпрессора |
|
(фирма) |
Г , к |
m |
d\ вт |
|
|
D!h2 |
Д в у х в а л ь н ы е Т Р Д Д ( Ф )
Е3
G e n eral E lec tric
TF-39
G e n eral E le c tric
CF6-S0C
G e n eral E lec tric
F-101-GE-100
G e n eral E lec tric
JT9D-S9A
P ratt& W h itn e y
E3
P ratt& W h itn ey
В |
162,1 |
36,1 |
0,71 |
13,2 |
10,5 |
1616м |
0,36 |
0,51 |
5,7 |
6,9 |
|
10,7 |
|
182,9 |
26 |
- |
15 |
10,3 |
|
1589 |
0,36 |
0,53 |
3,8 |
|
8 |
|
10,6 |
|
223,7 |
29,6 |
0,8 |
15 |
10,3 |
|
1588 |
0,368 |
0,53 |
|
|
4,4 |
|
10,6 |
|
|
75,5 / 133ф |
26,5 |
- |
15 |
9,8 |
|
1645 |
0,5 |
0,71 |
4,6 |
|
2 |
|
12,3 |
|
235,4 |
24,5 |
0,77 |
15 |
7,8 |
|
1643м |
0,37 |
0,737 |
4Д |
|
4,9 |
|
9,5 |
|
162,8 |
37,4 |
0,77 |
13 |
10,5 |
|
1640м |
0,37 |
0,68 |
4,0 |
|
6,6 |
|
10,6 |
