Расчет компрессора низкого давления

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Подготовка исходных данных для расчета компрессора низкого давления по параметрам на среднем диаметре

1.1 Формирование исходных данных для расчета компрессора

Исходные данные принимаются расчёта на режиме «Максимал» в программе GasTurb[1], см. рисунок 1.

Рисунок 1[1] Результаты расчёта на режиме «Максимал» в программе GasTurb

После проведения термогазодинамического расчета двигателя на заданном режиме становятся известны некоторые параметры на входе в компрессор:

- степень повышения давления в компрессоре

- полное давление воздуха на входе в компрессор

- полная температура воздуха на входе в компрессор

- расход воздуха через компрессор

- частота вращения ротора

- адиабатический КПД компрессора

1.2 Распределение работ по ступеням

Находим затраченную работу компрессора:

Выполняем распределение затраченного напора по ступеням с соблюдение условия:

где z - число ступеней,

- затраченный напор в i-й ступени.

Средняя затраченная работа на ступень:

При любом виде разбиения работ по ступеням компрессора должно выполняться следующее условие [1]:

Исходя из рекомендаций, применяем следующее распределение работ:

Таблица 1

Распределение работ по ступеням компрессора

Ступень	1	2	3	4
	0,9	1	1,1	1
	30440,44	33822,71	37204,98	33822,71

Выполняем проверку:

Равенство выполняется - распределение работ выполнено, верно.

Рисунок 1 Распределение работ по ступеням компрессора

1.3 Вычисление полных температур в сечениях компрессора

Вычисляем температуры на выходе из рабочего колеса каждой ступени:

Аналогично вычисляем температуры для остальных ступеней:

Таблица 2

Распределение температур по ступеням компресора

Ступень	1	2	3	4
	288,15	318,45	352,12	389,16
	318,45	352,12	389,16	442,83

1.4 Подбор КПД ступеней

КПД ступеней, входящих в компрессор, как правило, неодинаковы. В первых и последних дозвуковых и трансзвуковых он оказывается на 1,5…2,5 % ниже среднего, а в первых сверхзвуковых он ниже на 2…4 %. В средних ступенях КПД больше среднего на 1…2 % [1].

Таблица 3

Распределение КПД по ступеням компрессора

Ступень	1	2	3	4
	0,83	0,84	0,86	0,85

Основным критерием выбора КПД ступеней является получение требуемой степени повышения давления во всем компрессоре с погрешностью не более 1%.

Выполняем проверку:

Аналогично вычисляем степень повышения давления в других ступенях:

Таблица 4

Степень повышения давления в ступенях компрессора

Ступень	1	2	3	4
	1,34	1,347	1,35	1,28

Выполняем проверку:

Определяем погрешность:

В результате выбора КПД ступеней погрешность составила менее 1%.

Рисунок 2 Распределение КПД по ступеням компресора

1.5 Распределение осевых скоростей по тракту компрессора

Скорость на входе в компрессор рассчитываем по следующей зависимости:

где - приведенная скорость на входе в компрессор, находится через приведенную плотность тока :

- угол потока на входе в компрессор, при отсутствии ВНА принимаем ;

По таблице газодинамических функций находится значение соответствующее значению

Аналогичным образом вычисляем осевую скорость на выходе из компрессора:

где - приведенная скорость на входе в компрессор, находится через приведенную плотность тока

- угол потока на выходе из компрессора принимаем ;

По таблице газодинамических функций находится значение соответствующее значению

Вычисляем падение осевой скорости в ступени:

Вычисляем осевые скорости во всех сечениях.

Осевая скорость на входе в РК:

Осевая скорость на выходе из ступени:

Осевая скорость за РК:

Аналогично вычисляем осевые скорости в других ступенях:

Таблица 5

Распределение осевых скоростней по ступеням компрессора

Ступень	1	2	3	4
	220,537	207,697	194,856	182,016
	214,117	201,276	188,436	175,596
	207,697	194,856	182,016	169,176

После проведения всех необходимых вспомогательных расчетов составляем таблицу исходных данных:

Таблица 6

Исходные данные

Обозначение	Ступень
	1	2	3	4
	Затраченная работа ступени, Дж/кг
	30440,44	33822,71	37204,98	33822,71
	КПД ступени
	0,83	0,84	0,86	0,85
	Степень повышения давления в ступени
	1,34	1,346	1,354	1,282
	Полная температура на входе в ступень, К
	288,15	318,45	352,12	389,16
	Полная температура на выходе из ступени, К
	318,45	352,12	389,16	442,83
	Осевая скорость на входе в РК, м/с
	220,537	194,856	194,582	182,016
	Осевая скорость за РК, м/с
	214,117	201,276	188,436	175,596

1.6 Расчет геометрических параметров

По чертежу двигателя, определяем значения диаметров на входе и на выходе из РК для втулочных, средних и концевых сечений. Данные приведены в таблице 6:

Таблица 7

Геометрические размеры сечений

Ступень	1	2	3	4
	733,65	712,33	688,61	668,49
	729,12	705,31	680,83	663,02
	712,33	688,61	668,49	664,5
	293,67	378,23	424,05	440,06
	343,97	405,95	437,95	448,96
	378,23	424,05	440,06	451

Рассчитываем значения диаметров для среднего сечения.

На входе в РК:

На выходе из РК:

Аналогично рассчитываем значения диаметров для остальных ступеней:

Таблица 8

Значения диаметров для среднего сечения

Ступень	1	2	3	4
	513,66	545,28	556,33	554,275
	536,545	555,63	559,39	555,99
	545,28	556,33	554,275	557,75

Рассчитываем относительный диаметр втулки:

Аналогично рассчитываем значения относительного диаметра втулки для остальных ступеней:

Таблица 9

Значения относительного диаметра втулки

Ступень	1	2	3	4
	0,40	0,53	0,62	0,66

Признак формы проточной части определяется отношением выходного диаметра к входному диаметру, рассчитанному для каждой ступени и каждого сечения соответственно:

Для формы

Для формы

Для формы

Аналогично рассчитываем отношения диаметров для остальных ступеней:

Таблица 10

Отношения диаметров

Ступень	1	2	3	4
	0,9938	0,9901	0,9887	0,9918
	1,0445	1,019	1,0055	1,003
	1,1713	1,0733	1,0327	1,0202

Определяется проточная часть ступени следующим условием: значение отношения должно быть приближено к 1, но не должно превышать ее. Из этого условия определяется проточная часть:

Ступень 1:

Ступень 2:

Ступень 3:

Ступень 4:

После проведения всех необходимых расчетов составляем таблицу исходных данных:

Таблица 11

Исходные данные

Ступень	1	2	3	4
	733,65	712,33	688,61	668,49
	729,12	705,31	680,83	663,02
	293,67	378,23	424,05	440,06
	343,97	405,95	437,95	448,96
	513,66	545,28	556,33	554,275
	536,545	555,63	559,39	555,99
	0,40	0,53	0,62	0,66
Форма ПЧ
	0,9938	0,9901	1,0055	1,003

2. Термогазодинамический расчёт ступеней компрессора по среднему диаметру

В данном курсовом проекте была смоделирована и рассчитана модель-прототип авиационного двигателя РД-33 в СИМ TURBOCOM по среднему диаметру.

На основании проведенных расчетов строится модель компрессора низкого давления в TURBOCOM. Построенная модель представлена на рисунке 3:

Рисунок 3 Модель подпорных ступеней КНД

Модель состоит из следующих структурных элементов:

1 - «начальные условия»,

2 - «входное сечение»,

3- «вращение каскада»,

4 - «осевая ступень 1»,

5 - «осевая ступень 2»,

6 - «осевая ступень 3»,

7 - «осевая ступень 4»,

8 - «выходное сечение»

9 - «общие результаты»

2.1 Исходные данные

Исходными данными для расчета ступеней компрессора в СИМ TURBOCOM являются геометрические параметры проточной части компрессора и кинематические параметры потока. В созданной модели осевого четырехступенчатого компрессора низкого давления по предварительным данным назначаются входные параметры.

Исходные данные элемента модели «Входное сечение» представлены в таблице 12:

Таблица 12

Исходные данные элемента «Входное сечение»

Параметр	Значение
Расход воздуха, [кг/с]	77
Полное давление воздуха на входе, [Па]	101325
Угол потока на входе в компрессор, [град,]	90
Угол потока на выходе из компрессора, [град,]	90
Осевая скорость на входе, [м/с]	220,537
Полная температура воздуха на входе, [K]	288,15
Число ступеней	4

Исходные данные элемента модели «Вращение каскада» представлены в таблице 13:

Таблица 13

Исходные данные элемента «Вращение каскада»

Параметр	Значение
Частота вращения, [об/мин]	10200

Исходные данные элементов модели «Осевая ступень 2», «Осевая ступень 3», «Осевая ступень 4» представлены в таблице 14:

Таблица 14

Исходные данные элемента «Осевая ступень»

Параметр
	1	2	3	4
Затраченная работа ступени, [Дж/кг]	304.404	338.227	372.049	338.227
Степень реактивности на среднем диаметре	0.8	0.5	0.5	0.5
Осевая скорость за РК, [м/с]	214.117	201.2769	188.4367	175.5964
Осевая скорость на выходе, [м/с]	207.697	194.85681	182.0165	169.1763
Коэффициент неравномерности (0,93…1)	1	1	1	1
Относительное изменение "постоянного" диаметра (d2/d1)	0.99	0.99	1.00	1.00
Коэффициент, учит, потери затрачиваемой работы (0,88…1)	1	1	1	1
КПД ступени	0.83	0.84	0.86	0.85
Коэффициент восст. полного давления в НА	1	1	1	1
Относительный диаметр втулки на входе в РК	0.40028	0.53097	0.615806	0.6582896
Признак учета относительного диаметра (1-да, 0-нет)	1	1	1	1

2.2 Расчет параметров

Результаты расчета элемента модели «Входное сечение» представлены в таблице 15:

Таблица 15

Результаты расчета элемента модели «Входное сечение»

Параметр	Значение
Расход воздуха, [кг/с]	77
Полное давление воздуха на входе, [Па]	101325
Угол потока на входе в компрессор, [град,]	90
Угол потока на выходе из компрессора, [град,]	90
Осевая скорость на входе, [м/с]	220,537
Полная температура воздуха на входе, [K]	288,15
Число ступеней	4

Результаты расчета элемента модели «Выходное сечение» представлены в таблице 16:

Таблица 16

Результаты расчета элемента «Выходное сечение»

Параметр	Значение
Расход воздуха, [кг/с]	77
Полное давление воздуха на выходе, [Па]	317458.52
Полная температура воздуха на выходе, [К]	422.55
Угол потока на выходе, [град,]	90
Осевая скорость на выходе, [м/с]	169.1763

Результаты расчета элемента модели «Осевая ступень» представлены в таблице 17:

Таблица 17

Результаты расчета элемента «Осевая ступень»

Параметр	Ступень
	1	2	3	4
Газодинамические параметры
Теоретический напор ступени, [Дж/кг]	304.404	338.227	372.049	338.227
Коэф-т теоретического напора ступени на среднем диаметре	0.347789	0.34291	0.362370	0.331875
Степень повышения полного давления в ступени	1.34022	1.34677	1.35395	1.28200
Степень повышения полного давления в РК	1.340228	1.346779	1.35395	1.28200
Число Маха по абсолютной скорости на входе в НА	0.639003	0.92011	0.858001	0.761483
Число Маха по относительной скорости на входе в РК	1.132235	0.942985	0.894541	0.784260
Степень реактивности в среднем сечении ступени	0.82610	0.5	0.5	0.5
Полная температура воздуха на входе в ступень, [К]	288.15	318.516959	352.1960	389.1291
Полная температура воздуха на выходе из ступени, [К]	318.51695	352.1960	389.1291	422.5554
Полное давление воздуха на входе в ступень, [Па]	101325	135798.700	182890.95	247626.35
Полное давление воздуха на выходе из ступени, [Па]	135.798	182.890	247.626	317458.52
Окружная скорость на периферии на входе в ступень, [м/с]	422.55206	410.2726	396.611	385.02256
Коэффициент расхода на среднем диаметре	0.74486	0.762458	0.73233	0.65704
Кинематические параметры
Относительная скорость перед РК, [м/с]	368.8994	319.0745	320.4765	298.6529
Относительная скорость за РК, [м/с]	283.2939	264.4305	251.877	233.3674
Окружная составляющая абс. скорости перед РК, [м/с]	0	103.1816	102.155	106.645
Окружная составляющая абс. скорости за РК, [м/с]	102.89254	210.8771	218.267	212.593
Осевая составляющая абс. скорости перед РК, [м/с]	220.36649	239.4568	234.6581	209.75583
Осевая составляющая абс. скорости за РК, [м/с]	194.3288622	240.855568	229.44099	207.06373
Осевая составляющая абс. скорости за НА, [м/с]	239.45689	234.6581	209.75583	169.1763
Окружная скорость за РК, [м/с]	309.02778	320.0196	322.1856	320.2272
Окружная скорость перед РК, [м/с]	295.84692	314.0587	320.4233	319.23946
Абсолютная скорость на входе в ступень, [м/с]	220.3664	260.7413	255.930	235.3100
Абсолютная скорость на выходе из РК, [м/с]	219.8876	320.1258	316.6763	296.7683
Угол входа потока в РК в отн. движении, [град,]	36.68119	48.6313	47.07251	44.6150
Угол выхода потока из РК в отн. движении, [град,]	43.31130	65.6225	65.63336	62.534
Угол поворота потока в РК, [град,]	6.630114595	16.99123	18.56084	17.9191
Угол входа потока в РК по абс. Скорости.	90	66.688864	66.4746657	63.049920
Угол выхода потока из РК по абс. Скорости.	62.099836	48.796767	46.4296191	44.245048
Геометрические параметры
Площадь на входе в РК, [м2]	0.355000	0.28616	0.231194	0.19888
Площадь на выходе из РК, [м2]	0.324605443	0.2612763	0.21341569	0.1869486
Наружный диаметр на входе в РК, [м]	0.7336500	0.712329	0.6886104	0.668489
Наружный диаметр на выходе из РК, [м]	0.72912000	0.7053099	0.68083019	0.6630199
Относительная высота лопатки на среднем диаметре	0.5	0.5	0.5	0.5
Средний диаметр на входе в РК, [м]	0.5136599	0.5452799	0.55633042	0.5542749
Средний диаметр на выходе из РК, [м]	0.536545092	0.5556296	0.55939024	0.5559899
Диаметр втулки на входе в РК, [м]	0.293669999	0.3782299	0.42405042	0.4400599
Диаметр втулки на выходе из РК, [м]	0.343970184	0.4059492	0.43795028	0.4489599
Высота лопатки РК по входной кромке, [м]	0.219990000	0.1670499	0.13227999	0.1142149
Высота лопатки РК по выходной кромке, [м]	0.192574907	0.1496803	0.12143995	0.1070299
Густота решетки РК	1.58	2.0447	2.724	2.7956
Удлинение лопатки РК	2.070768	2.2415338	1.72264613	1.6892946
Хорда лопатки РК, [м]	0.1062359	0.07452	0.076788	0.06761
Число лопаток РК	24	47	62	72
Густота решетки НА предыдущей ступени	0	0.6289758	0.65474095	0.6724450
Удлинение лопатки НА предыдущей ступени	0	3.9960627	4.19092579	3.6994960
Хорда лопатки НА предыдущей ступени, [м]	0	0.0481911	0.03571534	0.0328260
Число лопаток НА предыдущей ступени	0	22	32	36
Угол поворота потока в НА пред, ступени, [град,]	0	4.5890277	17.6778986	16.620300
Параметры на расчетном радиусе
Расчетный радиус, [м]	0.2678294	0.27263	0.278165	0.27713
Степень реактивности	0.833246	0.5	0.5	0.5
Осевая скорость на входе в РК, [м/с]	220.366490	239.4568	234.6581	209.7558
Осевая скорость на выходе из РК, [м/с]	194.32886	240.8555	229.44099	207.0637
Окружная составляющая абс. скорости перед РК, [м/с]	2.112848984	103.18160	102.155670	106.64583
Окружная составляющая абс. скорости за РК, [м/с]	100.7796983	210.87711	218.267651	212.59362
Окpужная скоpость на входе в РК, [м/с]	308.5174361	314.05872	320.423322	319.23946
Абсолютная скорость перед РК, [м/с]	220.3766193	260.74134	255.930134	235.31009
Абсолютная скорость за РК, [м/с]	218.9069535	320.12585	316.676396	296.76832
Относительная скорость на входе в РК, [м/с]	377.4190791	319.07485	320.476552	298.65290
Относительная скорость на выходе из РК, [м/с]	284.4620791	262.02642	251.155237	232.91355
Угол входа потока в РК в отн. движении, [град.]	35.7237267	48.63132	47.0725192	44.615031
Угол выхода потока из РК в отн. движении, [град.]	43.0899001	66.809892	65.999592	62.749780
Угол входа потока в РК по абс. скорости, [град.]	89.450671	66.6888	66.4746657	63.049920
Угол выхода потока из РК по абс. скорости, [град.]	62.5885710	48.79676	46.429619	44.24504

Результаты расчета элемента модели «Общие результаты» представлены в таблице 18:

Таблица 18

Результаты расчета элемента модели «Общие результаты»

Параметр	Значение
Затраченная работа компрессора, [Дж/кг]	135290,859
КПД	0,8292
Полная температура на выходе, [К]	422,555
Полное давление на выходе, [Па]	317458,524
Степень повышения полного давления в компрессоре	3,133

По результатам расчета распределяются основные параметры (температура, давление и скорость) по ступеням, и профилируется проточная часть компрессора низкого давления, которая соответствует проточной части компрессора двигателя-прототипа. Результаты представлены на рисунках 5-7:



Рисунок 5-7 Распределение температур, давлений и скоростей по ступеням компресора

По результатам расчета профилируется проточная часть компрессора низкого давления, которая соответствует проточной части компрессора двигателя-прототипа. Результат представлен на рисунке 8

Рисунок 8 Проточная часть компресора низкого давления в первом приближении

Полученная проточная часть компресора низкого давления в первом приближении не удовлетворяет проточной части прототипа. Для соответствия проточной части не обходимо подобрать осевые скорости потока под известную геометрию проточной части. Составляется закон расчета в котором поддерживаются геометрические параметры проточной части компресора низкого давления -диаметры в концевом и втулочном сечении, а варьируются кинематические параметры потока -осевая скорость за РК и осевая скорость на выходе из РК.



Рисунок 9 Задаваемые модели TURBOCOM параметры

Рисунок 10 Создание закона расчета (варьируемые параметры)



Рисунок 11 Создание закона расчета (поддерживаемые параметры)

В результате расчета получается проточная часть компресора низкого давления которая соответствует прототипу проточной части

Рисунок 12 Пересчитанная проточная часть компрессора

Количество РЛ на РК и количество лопаток НА задается в окне «Осевая ступень компрессора» позиции:

0 - 84 Густота РК;

0 - 85 Густота НА

Рисунок 13 Осевая ступень компрессора

	КНД	ТНД
ступень	I	II	III	IV	I
НА	42	62	76	80	CА	54
РК	24	47	62	72	94

Рисунок 14 Количество лопаток по ступеням

2.3 Оценка результатов расчета

Оценка результатов расчета и модели в целом заключается в определении погрешностей расчета степени повышения полного давления и КПД компрессора.

Оценка погрешности расчета степени повышения полного давления в компрессоре производится по формуле:

Оценка погрешности расчета КПД компрессора производится по формуле:

Рассчитанные погрешности не превышают 3%. Из этого можно сделать вывод об адекватности модели, созданной в TURBOCOM.

2.4 Построение треугольников скоростей

Построение треугольников скоростей осуществлялось автоматически в TURBOCOM. Условие рисования задается в элементе модели «Осевая ступень» - «Признаки рисования».

Построенные треугольники представлены ниже:

Рисунок 15 Треугольники скоростей для первой ступени

Рисунок 16 Треугольники скоростей для второй ступени

Рисунок 17 Треугольники скоростей для третьей ступени

Рисунок 18 Треугольники скоростей для четвертой ступени

3. Расчет РК первой ступени компрессора по высоте пера лопатки

За основу расчета принимаются величины, полученные при расчете ступени по среднему диаметру, предполагая, что течение воздуха в пределах ступени происходит по цилиндрическим поверхностям тока.

Выбираются несколько сечений на конкретных радиусах, для каждого радиуса проводится расчет основных параметров. Сечение с максимальным радиусом выбирается на 2…4 мм ниже минимального концевого радиуса. Сечение с минимальным радиусом выбирается на 2…4 мм выше сечения максимального втулочного радиуса.

Для последующего профилирования лопатки первой ступени необходимо определить высоту лопатки:

Относительная высота лопатки:

3.1 Выбор закона закрутки

При выборе закона закрутки необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

значение или же менее отрицательное;

с 0;

в max, но 45

Таблица 19

Значения основных параметров треугольника скоростей

	m	концевое	среднее	втулочное
h		0,98	0,5	0,123
С1а	-1	216,70	220,37	217,49
	-0,5	218,65		218,42
	0	219,73		219,32
	0,5	220,23		220,05
	0,8	220,35		220,31
	1	220,37		220,37
С2а	-1	175,63	194,16	207,84
	-0,5	182,40		205,94
	0	187,47		203,29
	0,5	191,34		199,58
	0,8	193,22		196,66
	1	194,33		194,33
С1u	-1	65,99	2,55	-52,34
	-0,5	49,78		-47,26
	0	36,14		-41,09
	0,5	24,66		-33,60
	0,8	18,66		-28,35
	1	14,99		-24,50
С2u	-1	138,90	101,21	99,55
	-0,5	122,70		104,63
	0	109,06		110,80
	0,5	97,57		118,29
	0,8	91,57		123,54
	1	87,90		127,39
с	-1	0,7546	0,8318	0,8822
	-0,5	0,7934		0,8569
	0	0,8261		0,8261
	0,5	0,8536		0,7887
	0,8	0,8680		0,7625
	1	0,8768		0,7433
?в =в2 - в1	-1	0,58	7,36	23,4
	-0,5	1,01		23,65
	0	1,34		23,97
	0,5	1,6		24,39
	0,8	1,74		24,73
	1	1,82		24,99
лw1	-1	1,264	1,15	1,02
	-0,5	1,310		1,011
	0	1,348		0,999
	0,5	1,379		0,983
	0,8	1,395		0,972
	1	1,405		0,964
лc2	-1	0,685	0,670	0,705
	-0,5	0,673		0,707
	0	0,664		0,7092
	0,5	0,657		0,7106
	0,8	0,654		0,7111
	1	0,653		0,7117

Тип профиля определяется в зависимости от значения приведенной относительной скорости потока [4]:

и - дозвуковая ступень;

или - трансзвуковая ступень;

или - сверхзвуковая ступень.

Исходя из рекомендаций, выберем следующие типы профиля и законы закрутки для сечений лопатки:

Таблица 20

Сечение	Закон закрутки	Тип профиля
Концевое	1	Сверхзвуковой
Втулочное	-1

Выбрав профиль и закон закрутки, были построены треугольники скоростей по трем сечениям пера лопатки:

Рисунок 19 Треугольник скоростей РК в концевом сечении

Рисунок 20 Треугольник скоростей РК в среднем сечении



Рисунок 21 Треугольник скоростей РК во втулочном сечении

3.2 Профилирование в TURBOCOM

В рамках курсовой работы было выполнено профилирование рабочей лопатки первой ступени компрессора. Профилирование выполнялось в TURBOCOM. Профилирование производилось для трех расчетных сечений.

Исходные данные элемента модели "Профилирование" представлены в таблице 21:

Таблица 21

Исходные данные элемента "Профилирование"

Параметр	Сечение
	Концевое	Среднее	Втулочное
Относительная максимальная толщина профиля, [%]	9	5	3
Тип профиля (1-дозвуковой, 2-сверхзвуковой)	2	2	2
Угол атаки РЛ, [град]	1	1	1

Значения относительной максимальной толщины для рабочих лопаток компрессора выбираются в диапазоне 0,03…0,13. При этом, меньшие значения соответствуют периферийным сечениям, а большие - втулочным. В соответствии с пунктом 3.1 принимается, что рабочее колесо первой ступени - сверхзвуковое (л> 0,9). При сверхзвуковом профиле, угол атаки на среднем радиусе i=0…2^o. Во втулочном сечении угол атаки больше на 1…2^о, а в переферийном сечении меньше на 1…2^о.

Результаты профилирования по относительной высоте пера лопатки РК представлены ниже:

Рисунок 22 Профиль РК в концевом сечении

Рисунок 23 Профиль РК в среднем сечении

Рисунок 24 Треугольник скоростей РК во втулочном сечении

По результатам всех произведенных расчетов в СИМ TURBOCOM составляется таблица 22 исходных данных для построения треугольников скоростей:

Таблица 22

Исходные данные для построения треугольников скоростей

Параметр	Сечение
	Втулочное	Среднее	Концевое
R	Расчетный радиус, мм	0,1732	0,2568	0,3624
с	Степень реактивности	0,7422	0,8261	0,8768
C1a	Осевая скорость на входе в РК, м/с	220,37	220,37	220,37
C2a	Осевая скорость на выходе из РК, м/с	194,33	194,33	194,33
C1u	Окружная составляющая абсолютной скорости перед РК, м/с	-24,83	0	14,99
C2u	Окружная составляющая абсолютной скорости перед РК, м/с	127,72	102,89	87,90
U	Окружная скорость на входе в РК, м/с	199,55	295,85	417,48
C2	Абсолютная скорость за РК	232,54	219,89	213,29
W1	Относительная скорость на входе в РК	314,49	368,90	458,87
W2	Относительная скорость на выходе из РК	207,18	273,85	362,61
в1	Угол входа потока в РК в относительном движении	44,48	36,68	28,70
в2	Угол выхода потока из РК в относительном движении	69,71	45,20	30,52
б1	Угол входа потока в РК по абсолютной скорости	83,57	90	86,11
б2	Угол выхода потока из РК по абсолютной скорости	56,69	62,10	65,66
г	Угол установки профиля	58,83	65,48	30,20
b	Хорда профиля	106,23	106,23	106,23
t=(2рr)/z	Шаг решетки	45,26	67,19	94,8
b/t	Густота решетки	2,34	1,58	1,12

На основании обобщенных данных производится построение треугольников скоростей для расчетных радиусов первой ступени.

Также осуществляется построение профилей РК первой ступени на основании координат, полученных при профилировании в разделе 3.1

Результаты профилирования и построение треугольников скоростей в CAD системе КОМПАС представлены в приложении.

4. Расчет турбины

4.1 Формирование исходных данных для расчета

В качестве исходных данных принимаются:

Расход через турбину высокого давления, G_ТВД = 46,789кг/с;

Расход через сопловой аппарат турбины низкого давления, G_{СА ТВД} = 48,251 кг/с;

Расход через турбину низкого давления, G_ТНД= 48,251 кг/с;

Давление за ТВД, Р_ТВД = 656,967 Па;

Давление за ТНД, Р_ТНД = 298,951 Па

Температура за ТВД, Т_КВД= 1175,49 К;

Температура за ТНД, Т*_КНД= 974,64 К;

Число ступеней z=1

4.2 Расчет турбины по параметрам на среднем диаметре

Расчет производится в СИМ TURBOCOM. Общий вид модели показан на рисунке 14. Исходные данные из раздела 4.1 вводятся в элемент «Осевая ступень турбины», рисунок 15. Проточная часть турбины и турбокомпрессора показана на рисунке 17 и 18 соответственно, а треугольник скоростей - на рисунках 19,20,21 для втулочного, среднего и концевого сечений.



Рисунок 25 Общий вид модели турбокомпрессора

Исходные данные элемента модели "Осевая ступень турбины" представлены на рисунке 26:

Рисунок 26 Исходные данные для расчёта по среднему диаметру

Пример расчета элемента модели «Осевая ступень турбины » представлены на рисунке 27,28:



Рисунок 28 Пример расчет элемента «Осевая ступень турбины »

По результатам расчета профилируется проточная часть турбины низкого давления, которая соответствует проточной части турбины двигателя-прототипа. Результаты представлены на рисунке 29:

Рисунок 29 Проточная часть турбины

Рисунок 30 Проточная часть турбокомпрессора

4.3 Расчет ступени турбины по радиусу

компрессор турбина ступень тракт

Для последующего профилирования лопатки и построения треугольников скоростей необходимо определить относительную высоту лопатки:



После расчета необходимых относительных высот, данные заносятся во входные параметры ступени.

4.4 Построение треугольников скоростей для турбины

Результаты построения треугольников скоростей по относительной высоте представлены ниже:

Рисунок 31 Треугольники скоростей на втулочном диаметре



Рисунок 32 Треугольники скоростей на среднем диаметре

Рисунок 33 Треугольники скоростей на концевом диаметре

4.5 Профилирование РЛ турбины

Завершающим этапом газодинамического проектирования является построение профиля сечений лопатки [6]. Профилирование лопатки производится в трех сечениях, втулочное -706мм; среднее - 808 мм; концевое -910мм в СИМ TURBOCOM. Исходные данные для профилирования представлены на рисунке 4.9.

Рисунок 34 Исходные данные для профилирования лопатки турбины

Результаты профилирования лопатки в трех сечениях изображены на 34.1, 34.2 и 34.3 рисунках.

Рисунок 34.1 Профиль лопатки турбины втулочного сечения



Рисунок 34.2 Профиль лопатки турбины в среднем сечения

Рисунок 34.3 Профиль лопатки турбины в концевом сечения

На основании обобщенных данных производится построение треугольников скоростей для расчетных радиусов ступени турбины.

Также осуществляется построение профилей РЛ ступени турбины на основании координат, полученных при профилировании в разделе 4.1

5. Заключение

В курсовом проекте выполнен расчет четырёх ступенчатого компрессора низкого давления и одноступенчатой турбины по параметрам на среднем диаметре, расчет рабочего колеса компрессора и турбины по радиусу двигателя-прототипа РД-33. Спрофилированы лопатки рабочих колес компрессора и турбины первой ступени в трех сечениях: втулочном, среднем и концевом. Все предварительные расчеты выполнены в Excel, ...