Расчет авиационного газотурбинного двигателя, страница 2

Форма проточной части проектируемого компрессора – с постоянным наружным диаметром, как у прототипа (Ал-21Ф).

1.1. Определение числа ступеней

При определении числа ступеней компрессора Z_ком  в соответствии с рекомендациями п. 1 из из методического указания к курсовому проекту принимаем следующие величины работ ступеней: l₁ = 20 кДж/кг, l₂ = 30 кДж/кг, l_ст = 36 кДж/кг,

 l_z-1 = 34 кДж/кг, l_z = 30 кДж/кг. С учётом этого определяем число ступеней по формуле:

Принимаем Z_ком = 12 и распределение работы l_K по ступеням получается следующим:

№ ступени	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Работа, кДж/кг	20	30	36	36	36	36	36	36	36	36	34	30

1.2. Расчёт первой ступени

1. Для первой ступени выбираем(на основании п. 2.2 методического указания):

Для увеличения напорности и уменьшения числа ступеней компрессора на наружном диаметре РК 1-ой ступени устанавливается максимально допустимая окружная скорость u_нар.в, которая в дозвуковой ступени ограничивается условием обтекания лопаток воздухом без образования скачков уплотнения и составляет 340 -370 м/с, u_нар.в = 350 м/с.

Для уменьшения поперечных габаритов компрессора на входе в 1-ю ступень устанавливается максимально допустимая осевая скорость с_1а = с_{а в} = =170 ... 200 м/с, которая ограничивается условием обтекания лопатки без волновых потерь, с_1а = 180 м/с, а также относительный диаметр втулки , , ограничивающий величину минимального внутреннего диаметра.

2. Определяем окружную скорость колеса на среднем диаметре

3. Для проверки правильности выбора величин находим:

3.1. Коэффициент нагрузки m₁: для исключения чрезмерной закрутки Dc_u воздуха, т.е. для получения достаточно высокого КПД m₁ = 0.26 ... 0,36.

3.2. Коэффициент расхода

Как видно, полученные величины находятся в рекомендуемых пределах.

4. Для построения плана скоростей на входе в рабочее колесо находим: окружная составляющая скорости движения воздуха

, где степень реактивности ступени r_K = 0,5, что обеспечивает наибольшие значения напора и КПД ступени, данная величина рекомендуется для всех ступеней компрессора, а также, при данном значении получаются идентичными профили лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, что облегчает их изготовление; абсолютная скорость движения воздуха

;

относительная скорость движения воздуха

5. Для проверки условий обтекания лопаток РК воздухом находим:

5.1. Скорость распространения звука в воздухе

5.2. Число М на среднем диаметре

;

величина которого допустима, т.к. не превышает 0,8.

По полученным данным , , , с_1а = 180 м/с, ,  и  строим план скоростей 1-ой ступени.

6. Термодинамические параметры воздуха на входе в компрессор:

температура

;

давление

;

и плотность

.

7. Площадь проточной части на входе в компрессор

.

8. Находим геометрические характеристики рабочего колеса:

диаметр рабочего колеса

;

диаметр втулки

;

средний диаметр рабочего колеса

;

и высота лопатки рабочего колеса 1-ой ступени

.

9. Принимая:

 удлинение лопатки (на основании опытных данных для первой ступени компрессора приведённых в методическом указании )  находим хорду лопатки

;

 густоту лопаточной решётки (аналогично ) равной  находим шаг лопаток на РК

;

коэффициент равным 0,55 находим ширину первой ступени

10. Число лопаток рабочего колеса первой ступени

и частота вращения ротора

1.3. Расчёт последней ступени

1. Геометрические размеры последней ступени определяются за спрямляющим аппаратом, т.е. в сечении двигателя, где абсолютная скорость  по величине и направлению практически совпадает с осевой скоростью . Согласно тому, что в двух-трёх последних ступенях осевая скорость несколько снижается  по сравнению с предыдущими и на выходе из компрессора с_{a к} = 120 – 170 м/с, принимаем с_{a к} = 150 м/с и находим термодинамические параметры воздуха на выходе из компрессора:

температуру

;

давление

;

плотность

;

и площадь проточной части на входе в компрессор

.

2. При данном массовом расходе воздуха  через проектируемый двигатель и степени повышения давления  можно ожидать, что лопатка спрямляющего аппарата последней 12-ой ступени будет иметь высоту более 20 мм и, поэтому, проточная часть компрессора выбирается с постоянным наружным диаметром , исходя из чего определяем геометрические характеристики рабочего колеса:

диаметр втулки

;

средний диаметр рабочего колеса

;

высота лопатки спрямляющего аппарата последней ступени

,

что превышает минимально допустимую высоту лопатки 20 мм.

3. Принимаем:

1.)удлинение лопатки равным (на основании опытных данных для последней ступени компрессора из методического указания удлинение лопатки ), тогда хорда лопатки

;

2.)густоту лопаточной решётки () – равной  и находим шаг лопаток

.

3.)коэффициент равным 1 и находим ширину последней ступени

4. Определяем число лопаток спрямляющего аппарата последней ступени

5.На основании полученных данных определяем длину компрессора

Расчёт остальных ступеней компрессора производится аналогично результаты расчётов в виде термодинамических и геометрических параметров сведены в таблицу 1 и таблицу 2 соответственно.

Таблица 1

Термодинамические параметры воздуха на входе ступени компрессора

№ ступени	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
, К	269	289	318	352	387	422	457	492	528	563	603	640
, кПа	77,4	95,6	129,6	179,4	241,4	316,9	407,1	513,3	636,9	779	966,8	1164,3
,	20	30	36	36	36	36	36	36	36	36	34	30

Таблица 2

Геометрические параметры ступеней компрессора

№ ступени	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
, мм	589	589	589	589	589	589	589	589	589	589	589	589
, мм	206	292	370	425	461	486	504	518	529	538	539	537
, мм	397	440	479	507	525	537	546	553	559	563	564	563
, мм	191	148	109	82	64	51	42	35	30	26	25	26
, мм	105	98	90	83	75	68	60	53	45	38	30	23