Охлаждение рабочей лопатки первой ступени турбины ТРДД
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
Министерство образования и науки Украины
Национальный аэрокосмический университет им Н.Е. Жуковского ХАИ
Кафедра 203
Охлаждение рабочей лопатки первой ступени турбины ТРДД
Харьков 2009
СОДЕРЖАНИЕ
1.Техническое задание
2.Подготовка и анализ исходных данных
.Создание сетки конечных элементов
.Раiет граничных условий теплообмена
.Раiет температурного поля охлаждаемой лопатки
.Раiет термонапряженного состояния охлаждаемой лопатки
.Результаты проектирования
ПЕРЕЧЕНЬ ИСТОЧНИКОВ
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на исследование термонапряженного состояния охлаждаемой лопатки
. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: Рабочая лопатка 1-й ступени турбины ротора высокого давления.
. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ: Двухвальный ТРДД на взлетном режиме с тягой 74кН.
. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: Оптимизация термонапряженного состояния лопатки.
. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: результаты проектирования по теории лопаточных машин и конструкции двигателей:
- температура торможения в относительном движении 1290 К;
давление на входе в РК 0,77 МПа;
давление на выходе из РК 0,51 МПа;
относительная скорость на входе в РК 266,6 м/с;
относительная скорость на выходе из РК 567,5 м/с;
- температура торможения в ступени отбора воздуха 682 К;
- полное давление за компрессором (в ступени отбора) 1,51 МПа;
расход газа через газогенератор 22,87 кг/с;
отбор воздуха на охлаждение 1,9 %;
хорда профиля в среднем сечении22,2 мм;
радиус входной кромки 1,2 мм;
высота лопатки46 мм;
угол входа 43,30;
угол выхода20,10;
угол установки профиля 63,40;
- частота вращения 17788
- средний диаметр 464 мм;
- интенсивность газовых сил в окружном направлении 3968 Н/м;
- интенсивность газовых сил в осевом направлении 13661 Н/м;
- радиус подвода воздуха 142,5 мм;
- число лопаток 85;
- шаг решетки 15,9 мм.
В процессе исследования исходные данные могут уточняться или быть изменены по согласованию с консультантом.
. ОТЧЕТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ: Результаты исследования должны быть изложены в пояснительной записке.
Примерный перечень иллюстративного материала, представляемого в записке:
схемы подвода воздуха к лопатке и движения воздуха по лопатке;
граничные условия теплообмена (изменение коэффициента теплоотдачи и греющей температуры) по контуру лопатки;
конечно-элементная раiетная сетка с указанием критической точки;
диаграммы термонапряженного состояния (неохлаждаемый, начальный вариант, оптимальный варианты);
поле температуры и напряжений оптимального варианта.
В записке должны быть приведены распечатки файлов с исходными данными и результатами раiетов: Grurez.txt, Grudef.txt, wis.st, wis.tm и др.
. ПОДГОТОВКА И АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Важнейшими параметрами для проектирования охлаждаемой лопатки являются греющая температура ТГР и охлаждающая температура воздуха на входе в лопатку ТОХЛ.
В качестве греющей температуры выбираем температуру торможения потока в относительном движении с учетом радиальной неравномерности потока. Определим ее по формуле:
где:
- температура торможения потока в относительном движении;
- температура торможения потока за компрессором;
- коэффициент неравномерности потока (для среднего сечения =0,05).
Для данной лопатки выбираем конвективное охлаждение. Представим сечение лопатки с конвективным охлаждением на рисунке 2.2.
Охлаждающую температуру понимаем как температуру торможения воздуха с учетом спутной закрутки, центробежной силы и конвективного теплообмена. Находим охлаждающую температуру по формуле:
где:
- нагрев воздуха центробежными силами;
- поправки на спутную закрутку;
- конвективный подогрев воздуха.
где:
- окружная скорость на радиусе подвода воздуха;
- длина канала охлаждения;
- радиус подвода охлаждающего воздуха.
Исходя из ресурса двигателя выбираем температуру лопатки:
Расiитываем нужную глубину охлаждения:
По графику (рисунок 2.1) определяем расход охлаждающего воздуха (1,9%).
Рисунок 2.1 - эффективность различных способов охлаждения лопаток: 1 - конвективное; 2 - конвективно-заградительное; 3 - пористое охлаждение
Рисунок 2.2 - Схема конвективного охлаждения лопатки
. СОЗДАНИЕ СЕТКИ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
По построенному контуру среднего сечения лопатки с помощью пакета SAPR кафедры 203 строим сетку конечных элементов, которая представлена на рисунке 3.
Создаем файл Описание контура _.st, содержащий описание наружного и внутреннего контуров раiетной области координатами опорных точек. Сначала задаются координаты опорных точек наружного контура при обходе его от произвольной точки против часовой точки. Затем задаются координаты одного из внутренних контуров (каналов охлаждения) по часовой стрелке. Для замыкания предыдущего контура используют знак - перед координатой Х следующего контура.
Для запуска программы в командной строке набираем команду: V_gri.exe wis.set. Изображение полученной сетки приведено на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Сетка конечных элементов
. РАiЕТ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ТЕПЛООБМ