Приводной газотурбинный двигатель для энергоустановки
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
позволяет значительно увеличить удельную мощность двигателя и, следовательно, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. Повышение температуры газа перед турбиной улучшает также экономичность двигателя.
Для обеспечения надежности работы турбины при высоких значениях температуры газа (Тг*>1250К) необходимо применять охлаждаемые лопатки. Потребное количество охлаждающего воздуха зависит от температуры газа и способа охлаждения турбины, что приводит к снижению удельной мощности и росту удельного расхода топлива. Для получения нескольких вариантов расчета выбираем Тг*=1184К, 1234К, 1284К,1334К,1384К.
Степень повышения давления в компрессоре. Стремление получить двигатель с высокими удельными параметрами требуется повышение значения степени повышения давления (*) в компрессоре, но большее значение степени повышения давления ограничивается усложнением конструкции, увеличением массы и габаритов двигателя за счет роста количества ступеней компрессора. Выбор высоких значений * при проектировании приводит к получению малых высот лопаток последней ступени компрессора и первых ступеней турбины. Это в свою очередь приводит к росту потерь энергии из-за увеличения относительных радиальных зазоров и понижения относительной точности изготовления лопаток. При Тг*=1200...1600К оптимальное значение * в компрессоре, соответствующее максимальной удельной мощности, составляет 8...18. При этом экономические значения, соответствующие минимуму удельного расхода топлива, находятся в интервале 18...40. Для расчета выбираем *=7;11;15,95;20;25.
КПД компрессора и турбины. Величина изоэнтропического КПД многоступенчатого компрессора по параметрам заторможенного потока зависит от степени повышения давления в компрессоре и КПД его ступеней:
,
где - среднее значение КПД ступеней компрессора.
КПД компрессора может быть представлен как произведение:
=,
где - КПД компрессора по параметрам заторможенного потока,
- механический КПД компрессора, учитывающий потери в его опорах, обычно составляющий =0,985…0,995[1].
На расчетном режиме среднее значение КПД ступеней в многоступенчатых осевых компрессорах двигателей лежит в пределах =0,89.. 0,9[1]. Принимаем =0, 895.
Таким образом, получаем:
Таблица 1.1-Зависимость общего КПД компрессора от значения *
ВеличинаЗначение71115,9520250,8590,8510,8450,8410,837
Для вычисления КПД охлаждаемых турбин рекомендуется использовать следующую формулу:
где h *т неохл - КПД неохлаждаемой турбины.
Неохлаждаемые турбины необходимо применять при температуре Т*г ?1250 К. КПД неохлаждаемой турбины принимаем h* т неохл = 0,9. Тогда:
Таблица 1.2-Зависимость КПД турбины от значения Тг*
Величина ЗначениеТг*,К118412341284133413840,8960,9000,8960,8900,883
Потери в элементах проточной части
Входное устройство двигателя является дозвуковым с криволинейным каналом. Коэффициент восстановления полного давления для таких устройств составляет ?ВХ = 0,97…0,99. При наличии на входе в двигатель пылезащитных устройств, потери полного давления существенно возрастают: ?ВХ = 0,92…0,96.
Так как проектируемый приводной ГТД для ГПА, то его эксплуатация ведется в наземных условиях, что требует установки системы сложных каналов подвода воздуха (рабочего тела) к двигателю и установки средств пылеулавливаня. В связи с такими условиями работы принимаем ?ВХ = 0,970.
Потери полного давления в камерах сгорания вызываются гидравлическим и тепловым сопротивлением:
.
Гидравлическое сопротивление определяется, в основном, потерями в дифузоре, фронтовом устройстве, при смешении струй, при повороте потока (?гидр =0,93…0,97). Принимаем sгидр= 0,94.
Тепловое сопротивление возникает вследствие подвода тепла к движущемуся газу. Для основных камер сгорания (КС) обычно lвх = 0.1…0.15 и sтепл0.97…0.98. На рисунке 1.1 приведена зависимость коэффициента теплового сопротивления sтепл от степени подогрева газа q при различных значениях приведенной скорости lвх на входе в КС: . Предварительно находим температуру воздуха на выходе из компрессора по заторможенным параметрам:
,
где
Принимаем lвх=0,15, Тогда величина коэффициента теплового сопротивления ?тепл= 0,987.
Определяем величину коэффициента потерь полного давления в камере сгорания: ?кс = 0,940,987 = 0,931.
Потери тепла в процессе горения связаны с неполным сгоранием. Они оцениваются коэффициентом полноты сгорания hг. На расчетном режиме основных камер этот коэффициент достигает значений hг=0.97…0.99. Принимаем для КС hг=0,985.
Наличие переходного патрубка между турбиной компрессора и силовой турбиной, оценивают коэффициентом восстановления полного давления и выбирают в зависимости от формы канала (sпт =0,98…1,0).
Принимаем sпт = 1,000.
Выходное устройство ГТУ, как правило, выполняют диффузорным. Коэффициент восстановления полного давления обычно составляет sрн=0,97…0,99. Принимаем sрн = 0,980.
Выбор скорости истечения из выходного устройства стационарной ГТУ характеризует потерянную кинетическую энергию на выходе из двигателя. Следовательно, ее целесообразно уменьшать. С другой стороны, уменьшение скорости на выходе Сс приводит к увеличению габаритных размеров двигателях из-за большой площади среза выпускного канала. Выходная скорость лежит в интервале Сс =80…120 м/с. Принимаем Сс = 79 м/с.
Потери мощности в опорах ротора и отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов учитывают hm=0,98…0,9. Принимаем hm=0,985