2. АВТОРЫ ПОСОБИЯ:
Горюнов Лев Васильевич – д.т.н., профессор,
заведующий кафедры ГПТУиД КГТУ им. А.Н.
Туполева
Лиманский Адольф Степанович – к.т.н., доцент
кафедры ГПТУиД КГТУ им. А.Н. Туполева
Такмовцев Владимир Викторович – к.т.н., доцент
кафедры ГПТУиД КГТУ им. А.Н. Туполева
Румянцев Валерий Владимирович – к.т.н., доцент,
заведующий кафедры «Двигатели внутреннего
сгорания» Камской государственной инженерноэкономической академии
3. ПОСОБИЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ДЛЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ:
– Бакалаврам направления 141100 «Энергетическое
машиностроение» для освоения лекционного курса
«Энергетические машины и установки» и для
выполнения курсового и дипломного
проектирования.
– Студентам для курсового и дипломного
проектирования в рамках дисциплины
«Энергетические машины» специальности 140503
«Газотурбинные, паротурбинные установки и
двигатели» и при курсовом проектирования по
дисциплине «Турбомашины», следующих
специальностей: 160304 «Авиационная и ракетнокосмическая техника»; 160301 «Авиационные
двигатели и энергетические установки»; 160302
«Ракетные двигатели»; 140501 «Двигатели
внутреннего сгорания».
4. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПОСОБИЯ:
1.Приведено описание методики расчета
охлаждаемых многоступенчатых осевых турбин
газогенераторов двухвальных авиационных ГТД
Авиационный турбореактивный двигатель ПС-90А (ПС – Павел Соловьев)
для современных самолетов Ил-96, Ту-204, Ту-214 производитель
Пермский моторостроительный комплекс (ПМК)
5. РАСЧЕТ СОСТОИТ ИЗ ТРЕХ ЭТАПОВ:
На первом этапе выполняется предварительный расчет. Он включает в
себя выбор параметров турбины, таких как диаметр, число оборотов,
число ступеней, выходная скорость и др. В процессе предварительного
расчета намечается меридиональный контур проточной части турбины.
Все выбранные величины должны быть увязаны с назначением и
конструктивными особенностями двигателя (ТРД, ТРДД, ТВаД, число
валов, каскадность компрессора и др.), а также с параметрами
приводимых турбиной агрегатов. Значение КПД турбины выбирается
таким же, как и в тепловом расчете двигателя. На этом этапе расчета
оцениваются размеры и прочность лопаток первой (наибольшие
температуры и напряжения) и последней (наибольшие напряжения)
ступеней турбины, а также выбирается число ступеней и намечается
распределение теплового перепада по ступеням турбины.
Второй этап расчета заключается в детальном поступенчатом расчете
турбины на среднем диаметре. В процессе этого расчета
определяются и уточняются геометрические размеры проточной части,
параметры потока в характерных сечениях, КПД и мощность турбины.
6. Третий этап включает в себя расчет пространственного потока в
ступенях турбины с целью достижения наибольших величин КПД и
получения исходных данных для профилирования сопловых и рабочих
лопаток по
высоте ступени (закрутки лопаток), а также само
профилирование лопаток в различных сечениях по высоте.
Схема и обозначения расчетных
сечений в турбине
газогенератора двухвального
ГТД
Эскиз проточной части трехступенчатой турбины
газогенератора двухвального ГТД
7. Планы скоростей в среднем сечении
Расположение расчетных
сечений лопатки
Планы скоростей
←Направление вращения
Планы скоростей
и профили
лопаток
строятся для
трех
сечений по
радиусу
проточной части
Профили рабочих лопаток в среднем сечении
8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Отдельный раздел пособия посвящен описанию пакета программ,
разработанных на
кафедре «Газотурбинные, паротурбинные
установки и двигатели» КГТУ им. А.Н. Туполева для расчета осевых
газовых турбин с использованием ПЭВМ.
Программный комплекс может использоваться на любых компьютерах
с операционной системой Windows XP. Он включает в себя следующие
файлы: Turbina .exе – исполняемый файл программного комплекса –
500 Кб; Help.hlp – файл справки - 31 Кб; Help.cnt – файл оглавления
справки - 1 Кб;
В этот пакет входят следующие программы: «Предварительный
расчет турбины» ;
«Детальный расчет первой ступени ТВД»; «Расчет закрутки».
Программный комплекс позволяет решать следующие задачи:
1. спроектировать меридиональный контур проточной части турбины;
2. оценить размеры и прочность лопаток первой (наибольшие
температуры) ступени турбины;
3. выбрать число ступеней и наметить распределение теплового
перепада по ступеням турбины;
9. 4. уточнить геометрические размеры проточной части, кпд, мощность и
параметры потока в характерных сечениях и на выходе из турбины;
5. рассчитать параметры потока в трех сечениях по высоте проточной
части.
Программный комплекс обладает пользовательским интерфейсом,
позволяющим удобно отображать и оперативно изменять исходные
данные, просматривать и сохранять результаты расчетов.
Окно программы после запуска
Окно программы со всеми исходными данными
10. Окно программы «Результаты
предварительного расчета»
Окно программы « Результаты
детального расчета»
Программный комплекс позволяет студентам выполнять
расчеты в рамках курсового и дипломного проектирования в
диалоговом режиме выбирая наиболее оптимальную
конструкцию турбины.
11. 1.Для турбины приводного ГТД (конвертированные
двига-тели) дана методика расчета газопереходного
устройства (ПГ), соединяющего турбину газогенератора
и свободную (силовую) турбину – ТС.
2.Приведены выбор параметров и особенности расчета
ТС.
Приводной газотурбинный двигатель НК-16СТ
12. Схема проточной части на выходе из турбовального
приводного ГТД:
ТНД – турбина низкого давления газогенератора;
Основные геометрические
ПГ – переходник газовый;
размеры ПГ:
ТС – турбина свободная (силовая);
1-1 – контрольное сечение
dTII – средний диаметр на выходе из ТНД;
на входе в ПГ;
dТС – средний диаметр на выходе из ТС;
1-2 – контрольное сечение
LПГ – осевая длина ПГ
Вырабатываемая
мощность
приводных ГТД,
МВт
Скорость вращения ТС
(нагнетателей), мин-1
1…5
17000…12000
6…12
10000…8000
15…20
6000…5000
на выходе из ПГ
В результате расчета
определяется
геометрия ПГ и
параметры рабочего
тела на входе в ТС
13. Расчет ТС во многом аналогичен
расчету осевой многоступенчатой
охлаждаемой турбины
газогенератора, но имеет
некоторые особенности.
Поскольку энергия газа за ТС не
используется, а газ выбрасывается
наружу через специальное
шумоглушащее устройство, в
расчетах оперируют КПД турбины
(ступени) по статическим
параметрам ηТС, то есть
располагаемый теплоперепад
определяется по статическому
давлению РТС (πт = Р*ТСо/РТС).
Достигнутый уровень КПД
современных авиационных ГТД
Р
составляет ηт = 0,80…0,85.
Выходную приведенную скорость
на выходе из ТС следует
назначать не более λТС = 0,20…
0,30, а угол выхода газа
αТС = 86°…88°.
Используя исходные данные,
представленные в таблице,
выполняется расчет
двухступенчатой ТС.
*
0
Исходные данные:
Раз
ме
рнос
ть
-2-
Ступени
1
2
-3-
-4-
-5-
- давление на входе в
турбину
Па
4403
30
- температура на входе в
турбину
К
1068
,7
Р2 – статическое давление
на выходе из ступени
Па
(см.
п.
20)
Gг - расход газа через
турбину
кг/с
55,072
Нs – располагаемый
изоэнтропый тепловой
перепад
Дж/
кг
2168 1764
37
42
n – скорость вращения
ротора турбины
с-1
108,33
ηст – КПД ступени турбины
-
0,82
1073
25
0,83
14. В результате расчета определяется геометрия ТС,
потери в ступенях, параметры рабочего тела, работа,
мощность и КПД ТС.
Приведена
методика
инженерного
расчета
радиальных
турбин
малоразмерных
турбокомпрессоров (ТКР), используемых в системе
наддува автомобильных дизельных ДВС.
ДВС
Внешний вид
малоразмерного
автомобильного ТКР
Турбокомпрессор ТКР7С
семейства КамАЗ (5 – радиальная
турбина)
15. Проведен расчет безлопаточного соплового аппарата (БСА), определены
его геометрия и параметры газа по тракту.
Проведен расчет рабочего колеса радиально-осевой турбины,
определены его геометрия и параметры газа по тракту, совершаемая
работа.
Расчет завершается определением геометрии
радиально-осевой турбины, параметров рабочего тела
по газодинамическому тракту, потерь энергии на утечку
в зазорах, работы, мощности и КПД
16. турбины. После газодинамического расчета
выполняется профилирование проточной части
радиально-осевой турбины.
Профиль рабочего колеса
Профиль лопатки рабочего
колеса
ВСЕ РАСЧЕТЫ ГАЗОВЫХ ТУРБИН СОПРОВОЖДАЮТСЯ ЧИСЛЕННЫМИ ПРИМЕРАМИ И СПРАВОЧНОЙ
ИНФОРМАЦИЕЙ
