Системный анализ системы газотурбинного двигателя (стр. 5 из 7)

Температура масла, откачиваемого из опор и других узлов ГТД, не должна превышать допустимые пределы во всем диапазоне режимов работы. Масло не должно терять смазочные свойства, окисляться, образовывать смолы и кокс. Применяемые синтетические масла обладают высокой термостабильностью и не теряют ее при температуре до 200^оС.

Расчет тепловых режимов трущихся пар

Необходимые данные для расчета.

Геометрические размеры подшипника (в м) — диаметры вала d_B, окружности центров тяжести роликов й_цл и ролика d_v.

Число тел качения т. Если размер роликов и их число неизвестны, то принимается т= 16, a d_pрассчитывается по формуле

d_p=l = 0, 1875 d_Bм, (1)

где I — длина ролика в м.

Радиальный люфт /г_рад (суммарный радиальный зазор) в мм.

Число оборотов подшипника п в минуту.

Радиальная нагрузка на подшипник Р в дан.

Максимальная температура масла на входе в подшипник t_т. _вх в °С

Ожидаемая (необходимая) температура подшипника t_uподш. в °С или прокачка масла q_Mв кг/час.

Расчет включает в себя следующие пункты:

Определение окружной скорости сепаратора подшипника

м/сек. (2)

Оценка по справочным данным тепловых параметров масла

при tm. вых≈ tподш, где tm. вых — температура масла на выходе из подшипника:

а) коэффициента кинематической вязкости v в ж²/сек;

б) плотности (объемной массы) q в кг/ж³;

в) критерия Прандтля Рг=

где а — коэффициент температуропроводности масла в м²/сек~,

г) удельной теплоемкости с_р в дж/кг • град.

д) Расчет критерия Рейнольдса

Re=

(3)

е) Оценка центробежной силы ролика

Р_цб = 1225

дан. (4)

ж) Определение осредненной нагрузки на образующую ролика

P_ср=

(5)

з) Расчет критерия Эйлера

Eu =

(6)

и) Оценка суммарного коэффициента сопротивлений

С =4 Re^-°^{, 5}Еu^{0, 5} + 46, 5 * 10³Re-¹Pr-°^{, 8}(7)

и коэффициента p, учитывающего влияние радиального зазора на потерн мощности:

3=1 + 1, 7(0, l-h_рад ) (8)

к) Определение суммарного теплового потока, эквивалентного затраченной мощности на привод подшипника:

∑Q=C ßmcl²u³bm (9)

л) Расчет потребной оптимальной прокачки масла q_Mчерез корпус подшипника

qm =

кг/час. (10)

м) Расчет рабочей температура подшипника (при заданной прокачке масла qm)

tподщ=t_{м. вх}+

(11)

Пункт (м) предполагает проведение расчета методом последовательных приближений, когда необходимо задаться значением tподщ = t_{м. вых} для расчета ∑Q. При получении существенного расхождения в значении принятойtподщ и полученной расчетом в п. (м) необходимо найти следующее приближение.

Особую задачу представляет выбор материала для подшипников качения и выбор масла для них при высоких скоростях полета самолета (Ms3), вызывающих высокие температурные режимы работы двигателя. При температуре нагрева до 200° С для подшипников следует применять сталь ШХ15 со специальной термообработкой. При температуре нагрева, лежащей в пределах 250—450° С, следует применять сталь ЭИ347, а свыше 450° С — специальные теплостойкие сплавы.

Масло для . таких условий работы должно иметь надлежащую вязкость при рабочей температуре, хорошо смачивать поверхность нагретых деталей без разрыва масляной пленки.

При повышенных температурах применяются масла на основе сложных эфиров со специальными присадками.

Основные размеры подшипников приведены в каталогах, которыми и следует пользоваться при проектировании.

1.2 Расчет теплового баланса в подшипниках

Трение в подшипнике может привести к возникновению значительного перепада температур AT = Т_п — Т₀ (где Т_n и Т₀ — температура подшипника и окружающей среды соответственно), заклиниванию тел качения и выходу подшипника из строя. [4] При относительно небольшом трении в подшипнике перепад температур может и не достигнуть критической величины благодаря естественному охлаждению из-за отвода тепла через корпус и другие элементы механизма. Однако для целого ряда высокоскоростных или тяжелонагруженных опор возникает необходимость в принудительном охлаждении подшипников с помощью жидкой циркуляционной смазки. Возможность ограничился в данном конкретном случае только средствами естественного охлаждения подшипника может быть определена по величине перепада температур. При необходимости принудительного охлаждения определяются потребное количество масла и диаметр отверстий, через которые смазка должна поступать к подшипнику.

Тепловой баланс в подшипнике может быть установлен как по моменту трения М (Н • мм), так и по мощности трения N (Вт) или выделившейся при этом теплоты W(Дж).

Мощность трения при установившемся режиме работы

(12)

Количество теплоты, образовавшейся при трении,

W=3600N.

При естественных условиях охлаждения подшипника вследствие отвода тепла через корпус (без учета возможности охлаждения подшипника смазкой) перепад температур АТ, образовавшийся при установившемся режиме работы, определяется с помощью коэффициента охлаждения К, представляющего собой количество теплоты, выделившейся в результате трения и переданной в окружающую среду при повышении температуры на 1 °С.

Коэффициент охлаждения (Вт/°С)

К = (3 ÷ 7)10^-5A (13)

Потребное количество охлаждающей жидкости (л/мин) при отводе теплоты с помощью циркуляционной системы смазки.

Q= 0. 98*10^-5

^*10^-4

^.(14)

Тепловой расчет топливно-масляного теплообменника

Проводится для определения охлаждения и температуры масла

Переменные величины теплообменника. Безразмерные и размерные. Для обычного теплообменника, через который проходят дна потока, существенны следующие параметры, характеризующие процесс теплопередачи;

к [ккал/м²*ч*град)| — общин коэффициент теплопередачи;

F [м²] поверхпость теплообмена, к которой относя общий коэффиент теплопередачи

t_r1—температура горячем жидкости, °С;

t_x2 — температура холодной жидкости, °С;

W_r = (Gc_p)_r[ккал/ч -град] — водяной эквивалент горячей жидкости;.

W_r = (Gc_p)_x[ккал/ч-град]— водяной эквивалент холодной жидкости»

Характер движения потоков — противоток, прямоток, перекрестный ток, смешанный ток пли комбинация этих типов относительного движения потоков.

Сочетание параметров является основой для расчета теплопередачи в аппарате.

Значение всех перечисленных параметров, за исключением общего- коэффициента теплопередачи к, очевидно. Смысл общего коэффициента теплопередачи, объединяющего перепое тепла конвекцией и теплопроводностью, вытекает из общего уравнения теплопередачи, которое аналогично закону Ома для 'постоянного тока:

= k(t_r-t_x) (15)

В этом уравнении

=[ккал/ч*м²] —тепловой поток па единицу поверхности теплообмена в сечении теплообменника, где имеется температурная разность.

Из этой связи очевидно, что к является общей термической проводимостью, основанной па температурном потенциале (t_г—t_Х) и единице поверхности теплообмена. Величина, обратная к, представляет собою полное термическое сопротивление, которое слагается из следующих компонентов:

1) конвективная составляющая па стороне горячего потока, учитывающая фактическую эффективность развитой поверхности;

2)составляющая, связанная с теплопроводностью степкп;

3) конвективная составляющая на стороне холодного потока, учитывающая фактическую эффективность развитой поверх, поста;

4) составляющая, связанная с наличием слоя загрязнений на обеих сторонах теплообмсииой поверхности.

Пренебрегая для простоты влиянием слоев загрязнений, уравнение, выражающее полное термическое сопротивление, можно записать в следующем виде:

(16)

Где

k_r-отнесено к единице полной поверхности теплообмена па стороне горячего потока (включая ребра пли любую развитую поверхность);

k_х- отнесено к единице полной поверхности теплообмена па стороне холодного потока;

F_ст- соответствует средней величине основной (первичном) поверхности (например, поверхности разграничивающих листов в пластинчатом теплообменнике.) ;

— эффективность (к. п. д.) полной поверхности теплообмена F_tили Fx соответственно.

Коэффициенты теплоотдачи а_х и u_rявляются сложной функцией геометрии поверхности, свойств топ л опое и геля и условии движения. За исключением некоторых геометрически простых случаев с ламинарным движением, коэффициенты теплоотдачи могут быть определены только экспериментальным путем.