Каскад высокого давления приводного газотурбинного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ют удаления дефектной части поверхностного слоя и достижения заданной точности, увеличивая вероятность брака.
В данной работе необходимо спроектировать каскад высокого давления приводного ГТД. Прототипом для привода послужил двигатель Д336-2-10. В качестве топлива используется природный газ. Данный ГТД выполнен по двухвальной конструктивной схеме со свободной турбиной. Для достижения цели проектирования необходимо провести:
-термогазодинамический расчет двигателя для выбора основных параметров цикла двигателя (, Тг*). При этом необходимо обеспечить высокий уровень КПД установки и достаточно длительный ресурс работы установки;
согласование параметров компрессора и турбин. Данный этап позволяет обеспечить оптимальные (рекомендуемые) геометрические и газодинамические соотношения в определяющих облик двигателя расчетных сечениях, обеспечить нормальную загрузку ступеней турбины и допустимые напряжения в лопатках турбины;
газодинамический расчет турбины;
профилирование РК первой ступени компрессора высокого давления;
расчет на прочность наиболее нагруженных деталей узла (диск, лопатка РК);
- разработку плана технологического процесса изготовления детали - вала-шестерни.
1. РАСЧЕТНО - ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Выбор параметров и термогазодинамический расчет двигателя
Основная цель термогазодинамического расчета определение удельных параметров двигателя. Расчет выполняется для Gв=1кг/с. В расчете вычисляются параметры в характерных сечениях двигателя. Эти данные в дальнейшем используются для согласования параметров компрессора и турбины, и формирования облика двигателя.
Выбор параметров и термогазодинамический расчет двигателя осуществляется в соответствии с рекомендациями [1].
.1.1. Выбор и обоснование параметров двигателя
Температура газа перед турбиной
Увеличение температуры газов перед турбиной 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*>1375К) 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.
Степень повышения давления в компрессоре
При разработке ГТУ на начальных стадиях их развития основным требованием было получение минимальной удельной массы двигателя, что приблизительно соответствует максимуму удельной мощности. Несмотря на благоприятное влияние повышения ?к* на удельные параметры двигателя, применение больших значений ?к* ограничено усложнением конструкции и увеличением массы, габаритов компрессора. Выбор высоких значений ?к* при проектировании двигателей малой мощности приводит к получению малых высот лопаток последних ступеней компрессора и первых ступеней турбины. Это в свою очередь приводит к росту потерь энергии из-за увеличения относительных радиальных зазоров, уменьшения значения числа Рейнольдса и понижения относительной точности изготовления пера лопатки.
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.
На расчетном режиме среднее значение КПД ступеней в многоступенчатых осевых компрессорах современных авиационных двигателей лежит в пределах =0.88..0.9. Принимаем =0.9.
Наличие переходных каналов между каскадами приводит к снижению в зависимости от гидравлических потерь от 1% до 2%.
КПД компрессора - это отношение изоэнтропической работы по параметрам заторможенного потока к работе компрессора, может быть представлен как произведение
где ?м - механический КПД компрессора, учитывающий потери в его опорах, обычно составляющий ?м = 0,985…0,995. Принимаем ?м=0.995; - КПД компрессора по параметрам заторможенного потока.
Таблица 1.1
Величина Значение20.52121.62222,50,8450,8450,8440,8430,843
Значения КПД неохлаждаемых турбин по параметрам заторможенного потока обычно лежат в пределах . Охлаждение турбин приводит к снижению КПД.
Для определения КПД охлаждаемой турбины в зависимости от выбранных значения Тг*, в термогазодинамическом расчете можно использовать соотношение:
,
где = 0.92 - КПД неохлаждаемой турбины.
Таблица 1.2
Величина ЗначениеТг*, К132513501375140014250,9110,9080,9050,9010,898
Потери в элементах проточной части
Заводские характеристики двигателя исследуются без учета потерь давления на входе в двигатель, но так как наш двигатель будет работать в единой системе с входной шахтой, то примем .
Потери полного давления в камере сгорания вызываются гидравлическим и тепловым сопротивлением. Гидравлическое сопротивление определяется в основном потерями в диффузоре, фронтовом устройстве, при смещении струй, при повороте потока (=0,93...0,97). Принимаем = 0,97.
Тепловое сопротивление возникает вследствие подвода тепла к движущемуся газу. Для основных камер сгорания обычно =0,97…0,98. Принимаем при =0,15 и ?=1,88 =0,985.
Суммарные потери полного давления в камере сгорания подсчитываются по формуле: