Газотурбинный двигатель (стр. 2 из 5)

6. Степень двухконтурности

=1.8;

7. Температура газа перед турбиной

=1220К;

8. Топливо – авиационный керосин ТС-1;

9. Теплотворная способность

= 43000 Дж/кг;

10. Удельная теплоемкость воздуха

= 1005 Дж/(кг*К);

11. Удельная теплоемкость газа

= 1133 Дж/(кг*К);

12. Показатели адиабаты

=1.4, =1.34;

13. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

= 14.8 (кг )/(кг );

14. Относительный расход воздуха на охлаждение

= 5%.

КПД компрессора и турбины принимаем для рассматриваемого типа двигателя:

=0.85; =0.86;

=0.89; =0.91.

Потери в проточной части двигателя оцениваем коэффициентом восстановления полного давления и принимаем для нашего двигателя:

· во входном устройстве

=0.97;

· в камере сгорания

=0.97;

· во втором контуре

=0.97.

Потери в реактивном сопле первого и второго контура оцениваем коэффициентом скорости

:

= 0.98; = 0.98.

Расчет проводим для 1кг/c воздуха по программе кафедры 203 trdd2.exe. Результаты расчета приведены в приложении 1.1.

Результаты расчета на взлетном режиме:

· удельная тяга:

=372.9 Н/(кг/с);

· удельный расход топлива:

=0,0591 кг/(Н*ч);

· удельный расход воздуха:

=46,26 кг/

·

Предварительно оценены диаметральные размеры сечения на входе в компрессор, при этом величина относительного диаметра втулки

=0,35(м) и скорость на входе =220(м/с).

В результате расчета получили:

· площадь входа в компрессор (КВД)

=0,198 м ;

· наружный диаметр входа

=0,571 м;

· диаметр втулки

=0,212 м;

· длина рабочей лопатки первой ступени КВД

=0.167 м.

Вывод: полученные результаты удельных параметров двигателя соответствуют параметрам двигателей подобного класса.

Расчет на прочность 1-й ступени рабочей лопатки компрессора высокого давления

Рабочие лопатки осевого компрессора являются весьма ответственными деталями газотурбинного двигателя, от надежной работы которых зависит надежность работы двигателя в целом.

Нагрузки, действующие на лопатки

При работе авиационного газотурбинного двигателя на рабочие лопатки действуют статические, динамические и температурные нагрузки, вызывая сложную картину напряжений.

Расчет на прочность пера лопатки выполняем, учитывая воздействие только статических нагрузок. К ним относятся центробежные силы масс лопаток, которые появляются при вращении ротора, и газовые силы, возникающие при обтекании газом профиля пера лопатки и в связи с наличием разности давлений газа перед и за лопаткой.

Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения, газовые – деформации изгиба и кручения.

Напряжения кручения от центробежных, газовых сил слабозакрученных рабочих лопаток компрессора малы, и ими пренебрегаем.

Напряжения растяжения от центробежных сил являются наиболее существенными.

Напряжения изгиба обычно меньше напряжений растяжения, причем при необходимости для уменьшения изгибающих напряжений в лопатке от газовых сил ее проектируют так, чтобы возникающие изгибающие моменты от центробежных сил были противоположны по знаку моментам от газовых сил и, следовательно, уменьшали последние.

Допущения, принимаемые при расчете

При расчете лопатки на прочность принимаем следующие допущения:

· лопатку рассматриваем как консольную балку, жестко заделанную в ободе диска;

· напряжения определяем по каждому виду деформации отдельно;

· температуру в рассматриваемом сечении пера лопатки считаем одинаковой, т.е. температурные напряжения отсутствуют;

· лопатку считаем жесткой, а деформацией лопатки под действием сил и моментов пренебрегает;

· предполагаем, что деформации лопатки протекают в упругой зоне, т.е. напряжения в пере лопатки не превышают предел пропорциональности.

Цель расчета

Цель расчета на прочность лопатки – определение напряжений и запасов прочности в различных сечениях по длине пера лопатки.

В качестве расчетного режима выбираем режим максимальной частоты вращения ротора и максимального расхода воздуха через двигатель. Этим условиям соответствует взлет или полет с максимальной скоростью у земли (рис. 2).

Расчетная схема

Рис. 2 - К определению геометрических характеристик расчетных сечений лопатки КВД

Исходные данные

1. Материал лопатки: ВТ8;

2. Длина лопатки

=0.052 м;

3. Радиус корневого сечения

=0.131 м;

4. Объем бандажной полки

=0 м ;

5. Хорда профиля сечения пера

- в корневом сечении

=0.023 м;

- в среднем сечении

=0.023 м;

- в периферийном сечении

=0.023 м;

6. Максимальная толщина профиля

- в корневом сечении

=0.0030 м;

- в среднем сечении

=0.0020 м;

- в периферийном сечении

=0.0015 м;

7. Максимальная стрела прогиба профиля

- в корневом сечении

=0.0033 м;

- в среднем сечении

=0.0025 м;

- в периферийном сечении

=0.0020 м;

8. Угол установки профиля

- в корневом сечении

=1.15 рад;

- в среднем сечении

=0.89 рад;

- в периферийном сечении

=0.72 рад;

9. Интенсивность газовых сил на среднем радиусе в окружном направлении

;

10. Интенсивность газовых сил в осевом направлении

;

В формулах:

– радиус сечения; – число лопаток; - плотность газа – осевая составляющая скорости газа перед лопаткой; – окружные составляющие скорости газа перед и за лопаткой; – давление газа (воздуха) перед и за лопаткой.