Газодинамический расчёт осевого компрессора газотурбинного двигателя

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. ВЫБОР ТИПА КОМПРЕССОРА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ.. 4

КНД.. 4

1.7. Полное давление воздуха за компрессором: 4

Распределение  напора  по  ступеням  компрессора  и  уточнение  числа  ступеней. 5

Расчет  и  построение  меридиального  сечения  проточной  части  компрессора. 4

1.26. Ширина венца лопаток НА компрессора у втулки: 4

КВД.. 4

1.7. Полное давление воздуха за компрессором: 4

Распределение  напора  по  ступеням  компрессора  и  уточнение  числа  ступеней. 4

Расчет  и  построение  меридиального  сечения  проточной  части  компрессора. 5

1.26. Ширина венца лопаток НА компрессора у втулки: 5

2. РАСЧЕТ КОМПРЕССОРА ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ.. 4

КНД.. 4

КВД.. 4

Кинематический расчет по среднему диаметру. 4

3. РАСЧЕТ  ПАРАМЕТРОВ  ПОТОКА  НА  РАЗЛИЧНЫХ  РАДИУСАХ  ПРОТОЧНОЙ  ЧАСТИ  КОМПРЕССОРА (КНД) 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 11

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 13

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 14

ПТИЛОЖЕНИЕ 4. 15

Список литературы.. 16

ВВЕДЕНИЕ

Данный газодинамический расчёт предусматривает расчёт проточной части двухкаскадного компрессора.

Для расчёта заданы частота вращения ротора КНД 7800 об/мин, КВД 8600 об/мин, расход рабочего тела 86,7 кг/с, полные давление и температура перед КНД 101,33 кПа, 288 К, перед КВД 423,3 кПа, 454,1 К  степень повышения давления в КНД  4,26 в КВД 5,16.

Целью расчёта является определение геометрических размеров проточной части компрессора, числа ступеней, геометрии лопаточных венцов.

Расчёт состоит из трех частей:

1.  Выбор типа компрессора и предварительный расчет основных параметров

2.  Расчет компрессора по среднему диаметру

3.  Расчет параметров потока ступени на трех радиусах.

В первой части выбирается тип компрессора, КПД и схема проточной части, значения осевой скорости и степени реактивности  на входе в каждую ступень, с целью спроектировать компрессор с заданными параметрами (дозвуковой, трансзвуковой). Далее производится предварительный расчёт основных параметров на входе в компрессор и на выходе из него. После этого распределяется теплоперепад по ступеням и определяется число ступеней компрессора. В конце первой части рассчитываются основные геометрические параметры, необходимые для построения меридионального сечения и строится сечение компрессора.

Во второй части производится термодинамический и кинематический расчёт компрессора. При этом уточняется изоэнтропический напор каждой ступени, КПД ступеней, степени сжатия ступеней, определяется температура и давление перед РК, НА и за каждой ступенью. При кинематическом расчёте уточняется площадь проходного сечения на входе в РК каждой ступени.

В третьей части производится расчёт параметров на различных радиусах ступени. Последним этапом является построение треугольников скоростей и изменение основных параметров по радиусу. В результате по полученным данным чертится компрессор.

1. ВЫБОР ТИПА КОМПРЕССОРА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

КНД

Компрессор проектирую трансзвуковой, для получения наименьших габаритов проточной части.

1.1. Полное давление на входе в компрессор:

Р*₁= Р*·s_вх = 101,33·0,98 = 99,299(кПа).

1.2. Изоэнтропическая работа сжатия, затрачиваемая в компрессоре:

Н_s=·R·T*_вх· (π_кнд-1) = 1,005·288· (4,26 ^0,2857 –1) = 143,56  ().

1.3. Полная работа сжатия, затрачиваемая в компрессоре :

L_кнд== = 166,93().

1.4. Осевая составляющая скорости на входе в РК первой ступени:

  λ_а1 = с_а1/(18,3 ) = 180/(18,3)=0,58;

принимаю с_а1 = 180  м/с – для трансзвукового компрессора.

1.5. Проходная площадь на входе в  компрессор:

q(λ_а1) = 0,792;

k_G=0,98 - коэффициент, учитывающий неравномерность поля осевой составляющей скорости по высоте лопатки и влияние пограничного слоя;

для воздуха  m=40,4;

F_вх = =  = 0,463 (м²).

1.6. Полная температура воздуха за компрессором:

Т*_кнд=Т*_вх +  = 288 + = 454,1 (К).

1.7. Полное давление воздуха за компрессором:

Р*_{кнд вых} = Р*₁·π = 99,299·4,26= 423,3 (кПа).

1.8. Кольцевая площадь на выходе из компрессора:

с_{а вых} = 180 ();

λ_{а вых}= =  = 0,462;

q(λ_{а вых}) = 0,665;

k_G2=0,96;

F_{кнд вых}= = = 0,169 (м²).

1.9. Относительный диаметр втулки на выходе из компрессора:

  d_вых= 0,79.

1.10. Относительный диаметр втулки на входе при D_вт =const:

`F= =  =2,74

`d _вх =d_вых / = = 0,615.

1.11. Периферийный  и втулочный диаметры входного и выходного сечений компрессора:

D_{вх кнд} = =0,975  (м);

D_{вх вт}=`d_вх .D_{вх кнд} =0,599  (м);

D_{вых кнд} =  = 0,758  (м);

D_{вых вт}=`d_вых ·D_{вых кнд} = 0,599  (м);  

1.12. Высота лопатки:

h _вых =  =  = 0,0794  (м);

1.13. Окружные скорости на наружном диаметре первой ступени компрессора:

U_{вх кнд}=π·D_{вх кнд}· = 3,14·0,975· = 397,8  ().

1.14. Коэффициент расхода:

=0,452 .

Распределение  напора  по  ступеням  компрессора  и  уточнение  числа  ступеней

1.15. Распределяю коэффициенты напора по ступеням (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Коэффициенты     напора      ступеней   Hzi
1	2	3	средние	z-1	z
0,19	0,26		0,33		0,28

1.16. Коэффициент напора всего компрессора:

 = = 1,055.

1.17. Вычисляю необходимое число средних ступеней:

1  .

1.18. Тогда для средних ступеней коэффициент напора будет:

Н_Ζср=.

1.19. Условное число ступеней:

Ζ_усл=3+1=4.

1.20.  В случаях D_вт=Const вычисляют дополнительное число ступеней по следующей формуле:

ΔΖ'_доп= Ζ_усл=4=1,0611  .

1.21. Необходимое число ступеней:

Ζ=4+1=5.

Расчет  и  построение  меридиального  сечения  проточной  части  компрессора

1.22. Площади проточной части на входе в промежуточные ступени:

= = 0 (N=1 - номер ступени);

= 0,7433·0 – 1,754·0 + 1,007 = 1,007;

F_{вх i} =D`F_{кyl I} (F_вх  - F_вых)+ F_вых = 1,007· (0,463 - 0,169) + 0,169 = 0,4655 (м²).

1.23. Периферийный диаметр и высота лопатки на входе в ступень:

D_пер= =  = 0,9756 (м);

 h= = = 0,1882 (м).

1.24 Удлинения рабочих лопаток `h_b и Sb венцов компрессора  у втулки принимаю:

Sb=0,9

для первой ступени        `h_b=1,5;

для второй ступени          h_b=1,375;

для третьей ступени         h_b=1,25;

для четвёртой ступени     h_b=1,125;

для пятой ступени            h_b=1;

  1.25. Ширина лопаточного венца РК у втулки:

S_{вт рк}= Sb.h_рк / `h_b = 0,9.0,1882 / 1,5 = 0,1129 (м).      

   1.26. Ширина венца лопаток НА компрессора у втулки:

S_{вт  на}=0,825·S_{вт рк} = 0,825·0,1129= 0,0932 (м).