Схемы и принцип действия авиационных двигателей

Определение основных диаметральных размеров меридионального сечения турбины газогенератора, компрессора газогенератора и их согласование с турбиной. Осевая площадь проточной части на входе и выходе. Значение параметра нагруженности для осевой турбины.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 07.08.2013
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С.П.Королева

(национальный исследовательский университет)

(СГАУ)

Кафедра теории двигателей летательных аппаратов

Курсовая работа

Схемы и принцип действия авиационных двигателей

Вариант 108

Выполнила: студентка группы № 2211 Бахтинова Е.А.

Проверил: преподаватель

Батурин О.В.

Самара 2012

Реферат

Курсовая работа: 26 страниц, 7 таблицы, 4 рисунка.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ, МЕРИДИОНАЛЬНО СЕЧЕНИЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРА, ПЕРЕФЕРИЙНЫЙ И ВТУЛОЧНЫЙ ДИАМЕТР.

Определены основные размеры проточной части ГТД, а также произведен термогазодинамический расчет. Рассчитаны потребные площади проточной части турбины и компрессора, а также основные геометрические характеристики этих сечений. Построено меридионального сечения проточной части газогенератора. Искомые размеры проточной части турбокомпрессора ГТД описываются в первом приближении периферийными и втулочными диаметрами характерных сечений турбокомпрессора, а также числом ступеней компрессора и турбины. Они относятся к числу важнейших конструктивно-геометрических параметров турбокомпрессора, так как от их выбора непосредственно зависят окружные скорости рабочих лопаток компрессора и турбины, частота вращения ротора, масса и ресурс двигателя, достижимые уровни КПД узлов и, следовательно, эффективность двигателя

ВВЕДЕНИЕ

Грамотная эксплуатация ГТД, проектирование технологических процессов изготовления их деталей и узлов невозможны без понимания сути физических процессов, реализуемых в термодинамическом цикле последних. Поэтому предусмотрено выполнение студентами курсовой работы, в которой осуществляется начальный этап проектирования рабочего процесса ГТД: по заданным основным параметрам цикла определяются удельные параметры и , а также оценивается тяга P двигателя и полный расход воздуха .

Результаты, полученные в этой курсовой работе, являются основой для последующего конструирования ГТД и его элементов.

1. Сведения о прототипе

Рисунок 1. НК-8

Таблица 1.Данные о прототипе

Название двигателя

НК - 8

Год разработки

1964

Фирма разработчик/ страна

КМПО/СССР

Тип двигателя

ТРДД со смешением

Формула двигателя

2+2+6+1+2

Число каскадов

2(ВД + НД)

На каком самолете применяется

ТУ154, ИЛ62

Состояние

серийный

Назначенный ресурс, часов (циклов/лет)

Диаметр на входе

1,442

Длина без реверса/с реверсом, м

4,766/5,288

Масса с реверсом, кг

2500

Взлетный режим

Крейсерский режим

Н

0

11 км

Мn

0

0,8

Р, кН

93,2

17,66

59,2

80,6

214,5

рв*

рквд*

m

0,984

0,984

1200

2. Термогазодинамический расчет

Двухвальный двухконтурный ТРД со смешением потока (ТРДДсм)

Таблица 2.Исходные данные для расчета

Название параметра

Обозначение

НК-8

Температура атмосферного воздуха, К

288,16 К

Давление атмосферного воздуха, Па

101325 Па

Число Маха полета

0

Высота полета, км

Н

0 км

Расход воздуха через двигатель на входе, кг/сек

214,5 кг/сек

Суммарная степень сжатия

10,25

Степень сжатия в вентиляторе

2,44

Степень сжатия в КНД

2,44

Степень сжатия в КВД

4,2

Температура газов перед турбиной, К

1200 К

Степень двухконтурности

0,984

Коэффициент восстановления полного давления в воздухозаборнике

0,99

КПД вентилятора

0,89

КПД КНД

0,86

КПД КВД

0,88

КПД сгорания

0,99

Коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания

0,94

КПД ТВД

0,88

Коэффициент относительного охлаждения турбины ВД

0,01

КПД ТНД

0,92

Коэффициент относительного охлаждения турбины НД

0,005

Механический КПД каскада ВД

0,99

Механический КПД каскада НД

0,99

Коэффициент восстановления полного давления в канале II контура

0,96

Коэффициент скорости в сопле

0,98

Термогазодинамический расчет

Таблица 3.

Название параметра

Обозначение

Формула

Пример расчета

Расчёт

Воздухозаборник

Степень сжатия в воздухозаборнике

1

Полная температура на выходе

288,16К

Полное давление на выходе

100312Па

Вентилятор

Работа сжатия вентилятора

94488

Полная температура на выходе

382,2К

Полное давление на выходе

244761Па

Компрессор низкого давления

Работа сжатия компрессора НД

97656

Полная температура на выходе

385,3К

Полное давление на выходе

244761Па

Компрессор высокого давления

Работа сжатия компрессора ВД

224433

Полная температура на выходе

608,7К

Полное давление на выходе

1027995Па

Камера сгорания

Относительный расход топлива

1159

0,01613

Коэффициент изменения массы ВД

1,0009

Коэффициент изменения массы НД

1,011

Коэффициент изменения массы

1,008

Коэффициент изменения массы

0,985

Полное давление на выходе

966315Па

Турбина высокого давления

Работа расширения турбины ВД

226496

Степень расширения в турбине ВД

2,28

Полная температура на выходе

1004,6К

Полное давление на выходе

423822Па

Турбина низкого давления

Работа расширения турбины НД

190463

Степень расширения в турбине НД

2,20

Полная температура на выходе

840,3К

Полное давление на выходе

192647Па

Смесительное устройство

Полная температура на выходе

613,05К

Приведенная скорость

Задаём

0,45

ГДФ

По таблице газодинамических функций (k=1,33)

0,8893

ГДФ

0,72911

Относительная плотность тока

По таблице газодинамических функций (k=1,33)

0,6545

Относительная плотность тока

По таблице газодинамических функций (k=1,4)

0,9061

Численный коэффициент для воздуха

0,0405

Численный коэффициент для газа

0,0397

Расход воздуха I контура

108,11

Расход воздуха II контура

106,39

Площадь I контура

0,631

Площадь II контура

0,241

Площадь сечения на выходе

0,872

Полное давление на выходе

207049Па

Сопло

Степень сжатия в сопле

2,04

Скорость истечения газа на выходе

467,3

Приведенная скорость

1,043

Относительная плотность тока

0,9974

Площадь сопла

0,653

Температура за соплом

518,9К

Основные параметры двигателя

Удельная тяга

471,03

Площадь СА

0,1007

Суммарная тяга двигателя

101036

Удельная тяга двигателя

934,5

Удельный расход топлива

0,061

Расход топлива

1,718

3. Проектирование меридионального сечения проточной части газогенератора

Исходными данными для проектирования меридионального сечения проточной части ГТД являются результаты проектного термогазодинамического расчета на максимальном режиме в САУ при Н = 0, М п = 0, приведенного во 2 части.

Таблица 4. Исходные данные для проектирования меридионального сечения проточной части компрессора и турбины

Название параметра

Обозначение параметра в расчете ПЧ

Источник исходных данных для проектирования ПЧ (из ТГДР)

Размерность

Каскад ВД

Компрессор

Расход воздуха через компрессор

G, кг/с

108,11

Работа каскада компрессора

, Дж/кг

224432,8

Полная температура на входе в компрессор

385,33

Полное давление на входе в компрессор

, Па

244760,7

Полная температура на выходе из компрессора

, К

608,65

Полное давление на выходе из компрессора

, Па

1027994,8

КПД компрессора

0,88

Степень сжатия компрессора

4,2

Турбина

Расход газа на входе в турбину

, кг/с

108,21

Расход газа на выходе из турбины

, кг/с

109,29

Полная температура на входе в турбину

1200

Полное давление на входе в турбину

, Па

966315,1

Полная температура на выходе из турбины

, К

1004,58

Полное давление на выходе из турбины

, Па

423822,4

КПД турбины

0,88

Степень расширения газов в турбине

2,28

Работа турбины

, Дж/кг

226495,9

3.1 Определение основных диаметральных размеров меридионального сечения турбины газогенератора

1. Определим значение ГДФ . Из рекомендованного диапазона выбирается значение приведенной осевой скорости на выходе из СА первой ступени ТВД. Значение ГДФ может быть найдено по таблицам для продуктов сгорания керосина () либо вычислено по формуле:

Примем , этой величине соответствует .

2. Вычисляется осевая площадь проточной части на входе и выходе из СА первой ступени:

3. Выбираем значение приведенной скорости потока на выходе из турбины ВД . Величина приведенной скорости обычно находится в интервале 0,35...0,55 для турбин ТРДД. По величине находим значение ГДФ .

Примем значение , этой величине соответствует .

4. Вычислим поперечную площадь проточной части на выходе из ТВД(угол выхода потока ):

5. Выбирается желаемое число ступеней турбины ВД

6. Выбираем значение параметра нагруженности турбины:

Наиболее предпочтительное значение параметра нагруженности для осевой турбины ТРДД обычно находится в диапазоне 0,50,6. Поэтому выбираем

7. Опираясь на значение параметра нагруженности и выбранное число ступеней, находим среднее значение окружной скорости ТВД:

8. Оцениваем в первом приближении температура тела рабочих лопаток последней ступени:

Очевидно, что температура лопаток последней ступени не превышает величину, которую может выдержать материал (). По этой причине получается, что последняя ступень турбины не охлаждается.

9. Выбираем материал рабочих лопаток турбины и находим значение разрушающих напряжений . Материал лопаток должен обладать высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Применительно к двигателю НК-8, выбирается материал ЖС6К. Его плотность составляет кг/м3. Проектируемый двигатель предназначен для эксплуатации в транспортной и пассажирской авиации. Его межремонтный ресурс согласно таблице 2.3 составляет 5000час, полный - 15000час, эквивалентной наработки на взлетном режиме. Согласно диаграмме, которая отражает зависимость разрушающего напряжения жаропрочных материалов от температуры и ресурса, выбираем .

10. Назначаем значение коэффициента запаса прочности для рабочих лопаток турбины. Наиболее предпочтительный диапазон , поэтому выбираем

11. Вычисляем максимально допустимый с учетом коэффициента запаса уровень напряжения от растяжения в рабочих лопатках турбины:

меридиональный сечение турбина газогенератор

12. Определяем предельную, с точки достижения максимальных допускаемых растягивающих напряжений, частоту вращения ротора ВД:

где

- плотность материала лопатки, кг/м3;

- отношение площадей втулочного и периферийного сечения рабочей лопатки:

В данном случае выбираем: ; кг/м3

Тогда:

13. Находим значение среднего диаметра на выходе из турбины:

14. Определяем высоту рабочей лопатки на выходе из турбины:

15. Вычисляем втулочный и периферийный диаметры проточной части на выходе из турбины:

16. Выбираем форму проточной части турбины. Проточная часть с постоянным средним диаметром сочетает в себе достоинства и недостатки как ПЧ с постоянным втулочным диаметром(), так и с постоянным периферийным (). Кроме того она позволяет добиться умеренных углов раскрытия проточной части.

17. Опираясь на форму проточной части турбины газогенератора, вычисляются размеры ее проточной части на его входе.

Средний диаметр на входе:

Высота лопатки:

Втулочный и периферийный диаметры:

.

18.Вычисляем средний диаметр спроектированной турбины.

3.2 Определение основных диаметральных размеров меридионального сечения компрессора газогенератора и их согласование с турбиной

1. Выбираем значение приведенной осевой скорости на входе в компрессор . Рекомендуемые значения на входе и выходе из компрессора зависят от его типа. Примем трансзвуковой тип компрессора.

По величине находится значение ГДФ . Данное значение может быть найдено по таблицам для воздуха (), либо вычислено по формуле:

На входе в компрессор принимаем следующее значение приведенной скорости на входе . Ей соответствует значение .

2. Вычислим осевую площадь проточной части на входе в компрессор:

3. Аналогично выбирается значение приведенной скорости потока на выходе из компрессора . По величине находим значение ГДФ . Данное значение может быть найдено по таблицам для воздуха ().

Примем следующее значение приведенной скорости на выходе из компрессора . Ей соответствует значение .

4. Вычислим осевую площадь проточной части на выходе из компрессора:

5. Выбираем величину относительного диаметра втулки на выходе из компрессора. Она обычно находится в диапазонах для компрессоров ТРДД. Примем значение относительного диаметра втулки на выходе компрессора .

6. Выбирается форма проточной части компрессора. Опираясь на форму проточной части прототипа, примем форму проточной части компрессора .

7. Опираясь на выбранную форму проточной части, вычисляем значение относительного диаметра втулки компрессора на входе:

Так как была принята проточная часть , то значение относительного диаметра втулки компрессора на входе:

8. Вычисляем наружный диаметр входного сечения компрессора:

9. Рассчитаем втулочный диаметр входного сечения компрессора:

10. Определяем высоту лопатки на входе в компрессор:

11. Вычисляем наружный диаметр выходного сечения компрессора:

12. Рассчитываем втулочный диаметр выходного сечения компрессора:

13. Определяем высоту лопатки на выходе из компрессора:

14. Находим величины средних диаметров на входе и выходе из компрессора, а также средний диаметр компрессора:

15. Определяем значение окружной скорости на периферийном диаметре на входе в компрессор:

16. Находим потребное число ступеней компрессора:

3.3 Построение меридионального сечения проточной части газогенератора

Определение ширин лопаток турбины в первом приближении и построение меридионального сечения проточной части турбины.

Таблица 5. Результаты расчета линейных размеров проточной части турбины ВД

Номер ступени

1

, м

м

, мм

1

Длину проточной части турбины можно найти следующим образом:

В соответствии с выбранной формой проточной части и полученными геометрическими размерами строится меридиональный профиль проточной части турбины газогенератора.

Рисунок 1. Спроектированная проточная часть турбины

Во избежание отрыва потока от концевых поверхностей необходимо, чтобы угол раскрытия периферийной части не превышал 15...20, а втулочной - 8…12. Про- верка раскрытия осуществляется следующим образом:

Вычисляем угол раскрытия периферийного обода по формуле:

Вычисляем угол раскрытия втулочного обода по формуле:

Видно, что оба значения угла раскрытия проточной части меньше предельных значений и являются приемлемыми.

Определение ширин лопаток компрессора в первом приближении и построение меридионального сечения проточной части компрессора

Для построения меридионального сечения проточной части компрессора необходимо найти ширины направляющих и рабочих лопаток, а также величины радиальных и осевых зазоров в проточной части. При первоначальном проектировании они рассчитываются, опираясь на статистические данные с помощью величины относительной высоты лопатки - отношения высоты лопатки к ширине . При вычислении в первом приближении можно считать, что высота лопаток по длине компрессора меняется линейно от значения на входе , до значения на выходе , величины которых были найдены выше.

Таблица 6. Расчетные формулы для определения ширин лопаток и осевых зазоров компрессора

Номер ступени

1

2

i

z-1

z

Высота лопатки

относительная высота РК

Ширина рабочей лопатки

Ширина направляющей лопатки

Величина осевого зазора

Таблица 7. Результаты расчета линейных размеров проточной части компрессора ВД

Номер ступени

1

2

3

4

5

6

Высота лопатки

, м

0,12133

0,11433

0,10739

0,10043

0,09347

0,0865

Относительная высота РК

2,00

1,9

1,8

1,7

1,6

1,5

Ширина рабочей лопатки

, м

0,06065

0,06018

0,05966

0,05908

0,05842

0,0577

Ширина направляющей лопатки

, м

0,05459

0,05416

0,05369

0,05317

0,05257

0,0519

Величина осевого зазора

, м

0,01516

0,01505

0,01492

0,01477

0,01460

0,01442

Имеем шестиступенчатый компрессор. Результаты расчета линейных размеров проточной части компрессора приведены в таблице 7.

В соответствии с выбранной формой проточной части и полученными геометрическими размерами строится меридиональный профиль проточной части компрессора газогенератора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе произведен термогазодинамический расчет ТРДД со смешение потока, проектный расчет проточной части двигателя, прототипом которого является двигатель НК-8. В процессе расчета были определены и согласованы диаметры и проходные сечения диаметра и турбины высокого давления, необходимые частоты вращения. Рассчитано и построено меридиональное сечение газогенератора. Полученные данные являются исходными для последующего проектирования ГТД и могут быть уточнены в процессе их детального расчета.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Григорьев В.А. Проектный термогазодинамический расчет авиационных ГТД гражданского назначения. Учебное пособие. - Самара: СГАУ, 2001. - 168 с.

2. Справочник ЦИАМ 1975 г.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Определение основных геометрических размеров меридионального сечения ступени турбины. Расчет параметров потока в сопловом аппарате ступени на среднем диаметре. Установление параметров потока по радиусу проточной части при профилировании лопаток.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.11.2017

  • Выбор и обоснование параметров газотурбинного двигателя. Термогазодинамический расчет и обоснование параметров. Выбор степени двухконтурности, температуры газа перед турбиной. Согласование параметров компрессора и турбины. Формирование облика двигателя.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 13.02.2012

  • Термогазодинамический расчет двигателя. Согласование работы компрессора и турбины. Газодинамический расчет осевой турбины на ЭВМ. Профилирование рабочих лопаток турбины высокого давления. Описание конструкции двигателя, расчет на прочность диска турбины.

    дипломная работа [3,5 M], добавлен 22.01.2012

  • Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки. Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров методом моделирования; определение оптимальных параметров турбины. Тепловой расчет проточной части турбины по среднему диаметру.

    дипломная работа [804,5 K], добавлен 19.03.2012

  • Методы теплового расчета турбины, выполняемого с целью определения основных размеров и характеристик проточной части: числа и диаметров ступеней, высот их сопловых и рабочих решеток и типов профилей, КПД ступеней, отдельных цилиндров и турбины в целом.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 01.01.2011

  • Выбор параметров двигателя. Температура газа перед турбиной. Коэффициенты полезного действия компрессора и турбины. Потери в элементах проточной части двигателя. Скорость истечения газа из выходного устройства. Термогазодинамический расчет двигателя.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 10.02.2012

  • Проектирование центробежного турбокомпрессора, состоящего из центробежного компрессора и радиально-осевой газовой турбины. Уточнение расчетных параметров и коэффициента полезного действия турбины. Расчет соплового аппарата и рабочего колеса турбины.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.05.2021

  • Термогазодинамический расчет двигателя, выбор и обоснование параметров. Согласование параметров компрессора и турбины. Газодинамический расчет турбины и профилирование лопаток РК первой ступени турбины на ЭВМ. Расчет замка лопатки турбины на прочность.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 12.03.2012

  • Характеристика центробежного компрессора, который состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Расчёт центробежного компрессора и осевой турбины. Общие положения об агрегате усилия компрессора и турбины.

    курсовая работа [228,8 K], добавлен 10.07.2011

  • Характеристика осевого компрессора, камеры сгорания и турбины газогенератора. Расчёт на прочность пера рабочей лопатки компрессора и наружного корпуса камеры сгорания. Динамическая частота первой формы изгибных колебаний, построение частотной диаграммы.

    курсовая работа [785,2 K], добавлен 09.02.2012

  • Рабочая лопатка 1-й ступени турбины газогенератора как объект исследования, описание ее конструкции. Создание сетки конечных элементов. Расчет показателей граничных условий теплообмена, температурного поля, термонапряженного состояния и его оптимизации.

    курсовая работа [986,7 K], добавлен 21.01.2012

  • Принцип работы и технические характеристики газотурбинной установки ГТК-25ИР. Демонтаж верхней и нижней половины соплового аппарата ступени турбины высокого давления. Разборка подшипников ротора и соплового аппарата. Разлопачивание диска турбины.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 24.07.2015

  • Проект газогенератора приводного газотурбинного двигателя для передвижной энергоустановки. Термогазодинамический расчёт основных параметров цикла двигателя, компрессора и турбин. Обработка поверхностей детали, подготовка технологической документации.

    дипломная работа [2,9 M], добавлен 18.03.2012

  • Расчет параметров потока и построение решеток профилей ступени компрессора и турбины. Профилирование камеры сгорания, реактивного сопла проектируемого двигателя и решеток профилей рабочего колеса турбины высокого давления. Построение профилей лопаток.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.02.2012

  • Проект двигателя для привода газоперекачивающего агрегата. Расчет термодинамических параметров двигателя и осевого компрессора. Согласование параметров компрессора и турбины, профилирование компрессорной ступени. Газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [429,8 K], добавлен 30.06.2012

  • Профилирование лопатки первой ступени турбины высокого давления. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу. Расчет и построение решеток профилей РК турбины на ПЭВМ.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2012

  • Выбор и обоснование параметров двигателя, его термогазодинамический расчет. Термогазодинамический расчёт двигателя на ЭВМ. Согласование параметров компрессора и турбины. Профилирование ступени компрессора, газодинамический расчет турбины на ЭВМ.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.09.2010

  • Расчет параметров потока и построение решеток профилей для компрессора и турбины. Профилирование рабочей лопатки компрессора, газодинамический и кинематические параметры профилируемой ступени на среднем радиусе. Кинематические параметры ступени турбины.

    практическая работа [2,1 M], добавлен 01.12.2011

  • Построение процесса расширения турбины. Определение экономической мощности и оценка расхода пара. Расчет нерегулируемых ступеней и их теплоперепадов. Нахождение предельной мощности и числа выхлопов. Оценка эффективных углов последних ступеней отсеков.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.02.2015

  • Выбор и обоснование мощности и частоты вращения газотурбинного привода: термогазодинамический расчет двигателя, давления в компрессоре, согласование параметров компрессора и турбины. Расчет и профилирование решеток профилей рабочего колеса турбины.

    курсовая работа [3,1 M], добавлен 26.12.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.