Газодинамический расчет турбореактивного двигателя: Методические указания к курсовому проектированию, страница 5

            Средний диаметр колеса определяется по формуле

                                             ( 52 )

где  - частота вращения ротора турбокомпрессора ( 29 ), а площадь  проточной части турбины на входе в рабочее колесо определяется по формуле ( 4 ), где расход газа

            Остальные геометрические размеры рабочего колеса (   и  ) находятся по формулам ( 8 ) и ( 5 ).

            Как и в компрессоре характерным параметром колеса турбины является ( 9 ) относительный внутренний диаметр колеса  который для первой ступени должен находится в пределах 0,70 – 0,85.

            Хорда  шаг  и ширина рабочего колеса  и ступени  в соответствии со статистическими данными для первой ступени определяются из следующих соотношений:

                          ( 53 )

и

                     ( 54 )

            При определении размеров хорды  по формуле ( 53 ) меньшие значения коэффициента выбираются при более коротких лопатках, Однако с уменьшением этого коэффициента увеличивается масса и, как правило, уменьшается КПД ступени, а с его увеличением возрастают изгибные и вибрационные напряжения в лопатках.

            Число лопаток на рабочем колесе первой ступени определяется так же как и на колесе компрессора по формуле ( 28 ).

3.3. Определение размеров на выходе из турбины

            На выходе из турбины ( рис. 1 сечение ), согласно п. 3.1 и п. 3.2, абсолютная скорость  газа по величине и направлению практически совпадает с осевой составляющей  и численно должна быть больше осевой скорости предыдущей ступени, но не превышать 350м/с.

            По выбранному значению скорости следовательно, и и известным из энергетического расчета параметрам  и заторможенного за турбиной газа по формулам ( 1 ) – ( 3 ) находятся термодинамические параметры – температура  давление  и плотность  и, затем по формуле ( 4 ) определяется площадь  поперечного сечения проточной части в сечении  а по формулам ( 5 ) – ( 8 ) размеры:    и

            Ширина последней ступени определяется по формуле

                       ( 55 )

            По статистическим данным из условия проточности лопаток последней ступени в выполненных конструкциях

                            ( 56 )

3.4. Пример газодинамического расчета турбины

            В соответствии с данными энергетического расчета:          

            Так как то число ступеней турбины, согласно п. 3.1 и средняя работа ступени ( 34 )

            Принимается в формуле ( 35 ) коэффициент 1,15 и находится работа первой ступени

            Тогда работа второй ступени

            На основании ( 38 ) и ( 44 ) критическая скорость истечения газа из сопла первой ступени

            Принимается в формуле ( 43 )  и коэффициент в скобках 0,80 ( т. к. ) и находится скорость истечения

            Выбирается угол  и по формулам ( 45 ) находятся составляющие скорости истечения:

окружная

и осевая

            В формуле ( 41 ) коэффициент в скобках принимается равным 0,95 и с учетом выбранной в п. 2.4 величины окружной скорости  на внешнем диаметре первой ступени компрессора, определяется окружная скорость лопаток первой ступени турбины на среднем диаметре

            Получение достаточно высокого КПД ступени возможно только при условии ( п. 3.2 ) если

 находится в пределах 270 – 370м/с;

 находится в пределах 1,2 – 1,8;

 находится в пределах 0,55 – 0,75;

 находится в пределах 0,5 – 1,0.

            Далее определяется относительная скорость движения газа на входе в лопатки ( 46 )

и из условия ( 47 )

угол  направления вектора скорости

            По данным п. 3.1 выбирается степень реактивности ступени  и по формуле ( 48 ) определяется абсолютная скорость газа на выходе из лопаток рабочего колеса

а по формуле ( 49 ) относительная скорость

что для скорости  согласно данным п. 3.2 допустимо.

            Из условия  находится закрутка потока газа в колесе

            Учитывая план скоростей ( рис. 5 ) находим окружную составляющую скорости на выходе из рабочего колеса

и определяем

откуда  что согласно п. 3.1 допустимо. С учетом величины  находится осевая составляющая скорости

            Из условия ( 51 )

определяется угол

            Термодинамические параметры газа перед рабочим колесом находятся по формулам ( 1 ) – ( 3 ):

давление

и плотность

            Средний диаметр колеса определяется по формуле ( 52 )

площадь проточной части – по формуле ( 4 )

высота лопатки – по формуле

диаметры колеса:

наружный

и внутренний

            Относительный диаметр втулки  

который получиться приемлемым, т . к. находится в допустимых пределах 0,70 – 0,85 ( п. 2.2 ).

            Принимая в формулах ( 53 ) коэффициенты равными 2,2 и 1,5 находятся хорда лопатки

и шаг лопаток на рабочем колесе

            Принимая в формулах ( 54 ) коэффициенты равными 2,3 и 1,0 находится ширина рабочего колеса

и всей ступени

            По формуле ( 33 ) определяется число лопаток на рабочем колесе первой ступени

            По данным п. 3.3 на выходе из последней ступени турбины абсолютная скорость  практически равной осевой составляющей  и должна быть больше скорости но не превышать 350м/с.

Принимая по формулам ( 2 ) – ( 4 ) определяются термогазодинамические параметры газа за турбиной

и

            Геометрические параметры проточной части на выходе из рабочего колеса последней ступени турбины:

Площадь ( 1 )

проектируя турбину с постоянным наружным диаметром  диаметр втулки ( 6 )

средний диаметр колеса ( 5 )