Термогазодинамический расчет параметров двигателя АЛ-31

В данном курсовом проекте выполнен термогазодинамический расчет компрессора  и турбины высокого давления  турбореактивного двухконтурного двигателя  с форсажной камерой сгорания АЛ-31СТН.

Курсовой проект состоит  из следующих разделов:

- согласование  КВД и  ТВД;

- газодинамический расчет  КВД по среднему диаметру;

- газодинамический расчет  первой ступени КВД по высоте  пера лопатки;

- профилирование рабочей  лопатки первой ступени КВД;

- газодинамический расчет  ТВД по среднему диаметру;

- газодинамический расчет  ступени ТВД по высоте пера  лопатки;

- профилирование рабочей  лопатки ТВД.

 

Содержание

 

Анализ задания и формирование исходных данных для расчета 3

1 Выбор и согласование одновального газогенератора ТРДД 4

1.1 Предварительный расчет параметров компрессора и турбины 4

2 Детальный расчет компрессора газогенератора ТРДД 14

2.1 Распределение основных параметров по ступеням компрессора 14

2.2 Выбор параметров первой ступени компрессора на среднем диаметре 18

2.3 Расчет проходных сечений компрессора 21

2.4 Расчет ступеней компрессора по среднему диаметру 27

3 Расчет параметров потока по радиусу ступени компрессора 37

4 Детальный расчет турбины одновального газогенератора ТРДД 48

4.1 Эскиз проточной части турбины 48

4.2 Поступенчатый расчет турбины по среднему диаметру 49

4.3 Определение шага и числа лопаток в рабочих решетках турбины 56

4.4 Определение шага и числа лопаток в сопловых решетках турбины 58

5 Расчет параметров потока по радиусу  ступени турбины 60

6 Профилирование охлаждаемых лопаток осевых газовых турбин 69

7 Выводы 70

8 Список литературы 71

 

 

Анализ задания  и формирование исходных данных для  расчета

 

Исходные данные для  расчета формируются на базе курсового  проекта «Теория, расчет и проектирование АД и ЭУ»:

1. Высота полета H = 0;
2. Полетное число Маха М_П = 0;
3. Температура по МСА ;
4. Давление по МСА ;
5. Расход воздуха на входе в компрессор низкого давления ;
6. Степень повышения давления КНД ;
7. Степень повышения давления КВД ;
8. Температура газа перед турбиной высокого давления .
 

1. Выбор и согласование одновального газогенератора ТРДД

 

1. Предварительный расчет параметров компрессора и  турбины газогенератора

 

1. Работа, затрачиваемая на привод КНД

Принимаем , тогда

 

 

2. Температура на входе в компрессор высокого давления (на выходе из вентилятора)

 

 

3. Давление на входе в компрессор

 

 

где   -   коэффициент   сохранения   полного   давления   во   входном направляющем аппарате;

- коэффициент сохранения полного  давления в переходном канале  между каскадами компрессора;

-  коэффициент восстановления  полного давления во входном  устройстве двигателя, принимаем , так как расчет ведется при стандартных земных условиях.

4. Работа, затрачиваемая на привод КВД

Принимаем , тогда

 

 

5. Потребная внутренняя удельная работа турбины газогенератора

 

 

где - коэффициент, учитывающий отбор воздуха на охлаждение , массу впрыскиваемого топлива и механические потери ротора газогенератора .

Принимаем .

6. Окружная скорость на среднем диаметре турбины

Условная адиабатическая скорость:

 

 

где - КПД турбины, зависящий от КПД ступеней, входящих в турбину.

          Окружная скорость на среднем  диаметре:

 

 

где  – характеристика Парсона, принимаем ;

z – число ступеней турбины газогенератора, предварительно принимаем            z  = 1.

7. Температура газа за турбиной

 

8. Температура в корневом сечении неохлаждаемых лопаток турбины

 

 

9. Температура рабочей лопатки с учетом ее охлаждения

 

где

 

температура охлаждающего воздуха, принимается в первом приближении равной температуре воздуха за компрессором газогенератора

 

 

 – безразмерная температура, для внутренней конвективной системы находиться в диапазоне 0,2…0,25. Принимаем .

10. Запас прочности рабочих лопаток турбины

 Принимаем 

Принимаем работы двигателя на расчетном режиме .

11. По температуре и выбранному ресурсу определяется материал лопаток и предел длительной прочности этого материала.

Принимаем материал ЖС32, предел длительной прочности                 .

12. Допустимые напряжения растяжения в корневом сечении рабочих лопаток турбины

 

 

13. Определение относительной высоты рабочих лопаток

 

 

где Ф=0,5…0,7 - коэффициент формы лопаток, учитывающий степень утонения лопаток турбины от корня к периферии, принимаем Ф=0,5;

- плотность материала турбинных лопаток, принимаем .

14. Приведенная скорость и угол на выходе из турбины газогенератора

Принимаем .

15. Отношение полных давлений в турбине

 

 

16. Площадь кольцевого сечения канала на выходе из турбины

 

 

где

- 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.

В данном случае :

 

17. Высота лопатки на выходе из турбины

 

 

18. Средний диаметр турбины на выходе

 

 

19. Наружный диаметр турбины

 

 

20. Внутренний диаметр турбины

 

 

21. Относительный диаметр втулки на выходе из турбины

 

 

22. Площадь кольцевого сечения канала на входе в первую ступень турбины

 

 

В первом приближении принимаем 

, принимаем 

23. Выбор формы проточной части

Принимаем форму проточной  части , тогда

 

 

24. Частота вращения ротора газогенератора

 

 

25. Приведенная скорость  на выходе из компрессора газогенератора

, принимаем  .

26. Температура, давление воздуха и критическая скорость на выходе из компрессора газогенератора

 

 

27. Скорость на выходе из компрессора 

 

 

28. Площадь кольцевого сечения канала на выходе из компрессора

 

 

 – коэффициент, учитывающий  неравномерность поля скоростей  по высоте проточной части  и наличие пограничного слоя  у наружной и внутренней стенок  корпуса. Принимаем  .

29. Отношение кольцевых площадей входа и выхода компрессора газогенератора

 

 

Здесь показатель политропы  сжатия в компрессоре

 

30. Площадь кольцевого сечения канала на входе в компрессор

 

31. Относительный диаметр втулки последней ступени компрессора 

Принимаем

32. Средний диаметр на выходе из компрессора

 

 

33. Выбор формы проточной части компрессора

Выбираем форму проточной  части с 

34. Относительный диаметр втулки для первой ступени компрессора газогенератора

 

 

35. Диаметры на входе в компрессор газогенератора

 

 

36. Высота лопатки последней ступени компрессора

 

 

37. Окружная скорость на внешнем диаметре первой ступени компрессора газогенератора

38. Средний диаметр компрессора газогенератора

 

 

39. Средний диаметр турбины газогенератора

 

 

40. Число ступеней компрессора газогенератора

 

 

где  – число ступеней газогенератора;

 – параметр согласования  компрессора и турбины газогенератора, определяющий соотношение конструктивных  и геометрических параметров  газогенератора.

Округляем  до ближайшего целого числа, =9.

 

2. Детальный расчет компрессора  одновального газогенератора ТРДД

 

1.  Распределение основных параметров по ступеням компрессора