Курсовая работа (т): Конструкция, динамика и прочность газотурбинного двигателя

где .

Найдём осевые скорости. Для проверки можно воспользоваться следующими равенствами: для первых ступеней С_1а = 140...230 м/с, а для последних ступеней С_1а = 80...140 м/с.

Тогда осевые составляющие абсолютных скоростей на входе в рабочее колесо для каждой ступени:

,

осевые составляющие абсолютных скоростей на выходе из направляющего аппарата для каждой ступени:

Распределение степени реактивности:

Назначаем коэффициент расхода, учитывающий радиальную неравномерность поля осевых скоростей :

Аксиальные площади сечений входа в рабочие колеса ступеней по проточной части:

,

Диаметры проточной части:

-       периферии

,

-       втулки

высоты лопаток рабочих колес:

h_1i = 0,5 ( D_1п - D_1втi )

Окружная скорость на среднем диаметре:

,

=275,39

Коэффициент напора по окружной скорости на среднем диаметре:

,

газотурбинный двигатель лопатка компрессор

Входная закрутка потока на входе в рабочее колесо

,

Угол входа потока в рабочее колесо в абсолютном движении:

,

Критическая скорость потока на входе в ступень в абсолютном движении:

,

Приведенная абсолютная скорость на входе в ступень:

,

Окружная составляющая относительной скорости:

,

Угол набегания потока на рабочее колесо в относительном движении

,

Температура торможения на входе в рабочее колесо в относительном движении

,

Критическая скорость потока в относительном движении

,

Приведенная относительная скорость на входе в рабочее колесо

,

Аксиальные площади сечений выхода из направляющих аппаратов ступеней по проточной части:

,

Диаметры проточной части на выходе из направляющих аппаратов:

-       периферии

-       втулки

высоты лопаток направляющих аппаратов в выходных сечениях:

h_2i = 0,5 ( D_2п - D_2втi )

Окружная скорость на среднем диаметре:

=275,39

Входная закрутка потока на выходе из направляющего аппарата

,

Угол выхода потока на направляющего аппарата в абсолютном движении

,

Критическая скорость потока в абсолютном движении на выходе из направляющего аппарата

,

Приведенная абсолютная скорость на выходе из направляющего аппарата

,

Окружная составляющая относительной скорости

,

Угол выхода потока из направляющего аппарата в относительном движении

,

Углы поворота потока в межлопаточном канале направляющего аппарата и рабочего колеса:

,

,

Относительные скорости на входе и выходе из ступени:

,

,

Абсолютные скорости на входе и выходе из ступени:

,

,

Назначаем распределение удлинений лопаток:

Осевая ширина рабочего колеса:

,

Осевая ширина направляющего аппарата:

,

Осевой зазор

,

Нагруженность ступени H/Cад;

По результатам расчёта строятся треугольники скоростей для первой и последней ступеней компрессора.

Треугольник скоростей последней ступени осевого компрессора

Треугольник скоростей первой ступени осевого компрессора

Треугольник скоростей седьмой ступени осевого компрессора

Расчет турбины в программе TURBIN.EXE

Расчет, Ступень 1 на среднем радиусе

Исходные данные

G0 = 228,8600* = 953000,0000* = 1300,0000= 3695,0000* = 1,7400SR = 1,7090SR = 1,7090= 0,1819= 0,2153= 0,0248= 0,0172* = 604,1000= 0,9700 = 0,9800

RO = 0,2500

Закон профилирования пера лопатки Г=const

Результаты расчета

= 0,9702* = 652,6427= 0,5066

U/CAD= 0,5222* = 1281,2588= 0,5103T = 0,8402= 0,8150= 0,9059T = 0,6541= 14,5573= 36,3335= 0,3365= 0,3599= 0,9817* = 1182,4176* = 671611,6897T = 0,7972T= 0,6214= 0,6090= 0,9475= 1120,3047= 0,5797= 653,9354= 18,0421= 330,6398U = 29,7881= 75,7631= 0,1852= 0,1994= 0,9944* = 547700,7152* = 1126,6464* = 190299,7368= 178839,7915*= 0,9398= 0,08961 = 0,9444

FAX2 = 1,2204

Расчет Ступень 2 на среднем радиусе

Исходные данные

G0 = 238,4721

P0* = 547700,7152

T0* = 1126,6464

N = 3695,0000* = 1,7400SR = 1,7090SR = 1,7090= 0,2528= 0,2759= 0,0000= 0,0000* = 0,0000= 0,9700= 0,9800 = 0,2800

Закон профилирования пера лопатки Г=const

Результаты расчета

= 0,9841* = 607,5718= 0,5442

U/CAD= 0,5530* = 1126,6464= 0,5442T = 0,8350= 0,8100= 0,9071T = 0,6577= 16,9010= 45,5774= 0,3207= 0,3433= 0,9833* = 1039,3116* = 385492,7842T = 0,7840T= 0,6432= 0,6303= 0,9437= 980,8320= 0,6011= 611,8769= 24,3397= 330,6398U = 4,4811= 88,3068= 0,2479= 0,2662= 0,9900* = 314770,6953* = 990,7743* = 167335,4562= 157162,8574*= 0,9392= 0,04601 = 1,3573

FAX2 = 1,4652

Расчет Ступень 3 на среднем радиусе

Исходные данные

G0 = 238,4721

P0* = 314770,6953

T0* = 990,7743

N = 3695,0000* = 1,7500SR = 1,7090SR = 1,7090= 0,3130= 0,3377= 0,0000= 0,0000* = 0,0000= 0,9700= 0,9800 = 0,3100

Закон профилирования пера лопатки Г=const

Результаты расчета

= 1,0167* = 569,7590= 0,5803

U/CAD= 0,5708* = 990,7743= 0,5803T = 0,8445= 0,8192= 0,9050T = 0,6510= 22,9859= 61,4789= 0,3546= 0,3788= 0,9797* = 915,2045* = 222606,6359T = 0,7471T= 0,7019= 0,6879= 0,9330= 853,8671= 0,6598= 570,9025= 31,4815= 330,6398U = -9,3927= -87,2664= 0,3450= 0,3687= 0,9807* = 179869,2110* = 870,6330* = 148574,0978= 138967,1074*= 0,9353= 0,04381 = 1,6429

FAX2 = 1,7863

Расчет Ступень 4 на среднем радиусе

Исходные данные

G0 = 238,4721

P0* = 179869,2110

T0* = 870,6330

N = 3695,0000* = 1,7500SR = 1,7090SR = 1,7090= 0,3795= 0,4090= 0,0000= 0,0000* = 0,0000= 0,9700= 0,9800 = 0,3400

Закон профилирования пера лопатки Г=const

Результаты расчета

= 1,0758* = 534,0985= 0,6191

U/CAD= 0,5754* = 870,6330= 0,6191T = 0,8740= 0,8478= 0,8982T = 0,6303= 32,6919= 78,3479= 0,4571= 0,4850= 0,9667* = 808,9600* = 129972,8719T = 0,6726T= 0,8135= 0,7973= 0,9100= 736,1351= 0,7743= 530,0850= 39,9867= 330,6398U = -16,1523= -86,4957= 0,4985= 0,5274= 0,9606* = 102782,62162* = 766,3207

LAD* = 130557,8388

LST = 120657,7534

KPDST*= 0,9242

Cхема проточной части

Расчет на прочность пера рабочей лопатки турбины

МАТЕРИАЛ: ЭИ 696М

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

GT=2.000000 CL=2.729000E-01 RK=5.816000E-01 RP=1.127400= 0.000000E+00 UPP= 0.000000E+00 APP= 0.000000E+00= 3695.000000 AA= 0.000000E+00 AU= 0.000000E+00 PU=7394.000000= 10560.000000 PAP= 18857.000000 RO= 8000.000000= 4.100000E-02 4.100000E-02 4.100000E-02= 8.000000E-02 6.000000E-02 4.000000E-02= 5.450000E-03 4.860000E-03 4.300000E-03= 1.120000 1.030000 9.600000E-01

SPT= 600.000000 600.000000 600.000000 600.000000

.000000 600.000000 600.000000 600.000000

.000000 600.000000 600.000000

Результаты расчета на прочноcть пера лопатки

X F Jmin Spakt SизгA SизгB SизгCm^2 m^4 МПа МПа МПа МПа

1 .00000 .227E-02 .865E-06 172.317 37.912 -44.776 -23.871

.02729 .216E-02 .674E-06 161.421 32.504 -37.494 -22.757

.05458 .205E-02 .576E-06 149.478 27.308 -30.984 -20.517

.08187 .193E-02 .497E-06 136.410 22.327 -24.918 -17.878

.10916 .182E-02 .428E-06 122.115 17.600 -19.294 -14.989

.13645 .170E-02 .365E-06 106.469 13.184 -14.162 -11.949

.16374 .159E-02 .308E-06 89.308 9.161 -9.604 -8.856

.19103 .148E-02 .254E-06 70.420 5.641 -5.735 -5.840

.21832 .136E-02 .203E-06 49.522 2.774 -2.707 -3.094

.24561 .125E-02 .155E-06 26.229 .779 -.717 -.944

.27290 .114E-02 .109E-06 .000 .000 .000 .000SсумA SсумB SсумC Ka Kb Kc

[МПa] [МПa] [МПa]

210.229 127.540********* 2.854 4.704 4.042

193.925 123.926 138.664 3.094 4.842 4.327

176.786 118.494 128.962 3.394 5.064 4.653

158.737 111.492 118.532 3.780 5.382 5.062

139.715 102.821 107.126 4.294 5.835 5.601

119.653 92.307 94.520 5.014 6.500 6.348

98.469 79.703 80.452 6.093 7.528 7.458

76.061 64.685 64.580 7.888 9.276 9.291

52.296 46.815 46.428 11.473 12.816 12.923

27.008 25.513 25.285 22.216 23.518 23.729

.000 .000 .000************************

В результате расчета лопатки на прочность получено распределение напряжений и коэффициентов запаса по длине пера лопатки.

Напряжения во всех сечениях пера лопатки меньше предела длительной прочности ,минимальный коэффициент запаса к=2,854. Согласно нормам прочности, минимальный запас прочности для лопаток газовых турбин -не менее 1,25-1,3,следовательно,лопатки ступени турбины имеют малую вероятность разрушения по причине статических нагрузок.

Заключение

Турбина предназначена для выработки мощности, необходимой для привода компрессора и генератора.

Турбина четырехступенчатая, состоит из аппарата соплового первой, второй, третей и четвёртой ступеней, ротора турбины, венца опорного.

Аппарат силовой первой ступени состоит из корпуса силового, секторов корпуса наружного, кольца, сотовых вставок, кожуха, лопаток сопловых, корпуса внутреннего, кольца прижимного, корпуса нижнего, экрана распределительного, накладок.

Сотовые вставки установлены в кольце. Кольцо с сотовыми вставками совместно с кожухом соплового аппарата образуют регулируемый радиальный зазор над рабочими лопатками первой ступени.

Сопловые лопатки верхним зацепом входят во вставки и фиксируются в окружном направлении выступами, входящими в пазы секторов корпуса наружного. Нижним буртом сопловые лопатки опираются на корпус внутренний. В сопловом аппарате лопатки закреплены кольцом и корпусом нижним. Снизу сопловые лопатки фиксируются в окружном направлении за выступы в корпусе нижнем.

Накладки служат для фиксации жаровых труб.

Корпус внутренний имеет вертикальный разъем для обеспечения сборки турбины.

Аппарат сопловой второй ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы.

Блок лопаток задним зацепом фиксируется в корпусе, а передним зацепом - сегментами. Сектора диафрагмы закреплены к блокам лопаток штифтами.

Сопловой аппарат имеет вертикальный разъем для обеспечения сборки турбины.

Сопловой аппарат третьей ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы, сегментов соплового аппарата с сотовыми вставками. Блок лопаток задним фланцем крепится к сегментам ступени винтами. Сегменты второй ступени крепятся винтами к корпусу СА третьей ступени и фиксируют передний зацеп блоков лопаток третьей ступени.

Сопловой аппарат четвёртой ступени состоит из корпуса, блоков лопаток, секторов диафрагмы, сегментов соплового аппарата с сотовыми вставками. Блок лопаток задним фланцем крепится к сегментам ступени винтами. Сегменты третьей ступени крепятся винтами к корпусу СА четвёртой ступени и фиксируют передний зацеп блоков лопаток четвёртой ступени.

Сегменты диафрагмы крепятся к блоками лопаток СА штифтами.

Опорный венец турбины состоит из копуса опорного венца, девяти стоек и трех обтекателей, кожуха внутреннего, корпуса подшипника, в котором расположены пять колодок опорного подшипника скольжения являющиеся задней опорой ротора.

Масло для смазки и охлаждения подшипника подается через трубу подвода масла.

Слив масла из опорного венца осуществляется через трубу слива масла.

Подвод воздуха на охлаждение турбины осуществляется через две трубы, с дроссельными шайбами. Для замера давления в разгрузочной полости предназначена трубка.

Подвод воздуха в разгрузочную полость турбины осуществляется через трубу, присоединенную к фланцу корпуса. Стравливание воздуха и прорвавшихся через лабиринтные уплотнения паров масла производится через трубу стравливания.

Список литературы

1.       Ахмедзянов А.М., Алаторцев В.П., Аксельброд С.Е., Дружинин Л.Н., Сахабетдинов М.А. Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД. Учебное пособие - Уфа: изд. УАИ, 2010. 256 с.

2.      Богомолов Е.Н., Добродеев В.П. Проектирование проточной части турбокомпрессора авиационного газотурбинного двигателя. Учебное пособие. ЯПИ - Ярославль, 2011. 68 с.

.        Богомолов Е.Н. Основы теории и выбор параметров авиационных газовых турбин. Учебное пособие. ЯПИ - Ярославль, 1986. 88 с.

.        Ремизов А.Е., Пономарев В.А. Формирование облика проточной части базового ТРДД семейства на ранней стадии проектирования. Учебное пособие. - Рыбинск: РГАТА, 2008. - 172 с.

.        Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. - 5-е изд., 2011. - 550 с.

.        Никитин Ю.М. Конструирование элементов деталей и узлов авиадвигателей. - Москва, 2008. - 322 с.

.        Старцев Н.И., Фалалеев С.В. Конструкция узлов авиационных двигателей: Компрессор. - Самара: изд. СГАУ, 2009. - 112 с.

.        Стенькин Е.Д., Юрин А.В. Выбор основных параметров и газодинамический расчет осевого многоступенчатого компрессора авиационных газотурбинных двигателей. - Куйбышев: КуАИ, 1984. - 88с.

.        Васильев Б.П., Коваль В.А. Основы проектирования газотурбинных двигателей и установок. - Харьков, 2005. - 375 с.

.        Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. - Пермь, 2010. - 1204с.