Проектирование силовой турбины и выходного диффузора газотурбинной установки, конвертированной из авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя

Лабораторная работа № 3

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВОЙ ТУРБИНЫ

И ВЫХОДНОГО ДИФФУЗОРА ГТУ,

КОНВЕРТИРОВАННОЙ ИЗ АВИАЦИОННОГО ТРДД

Цель работы

1.  Определить параметры потока на входе в силовую турбину ГТУ по известным характеристикам ГГ.

2.  Спроектировать силовую турбину и выходной диффузор ГТУ.

Общие сведения

При конвертировании авиационного ТРДД в ГТУ путем использо­вания газогенератора ТРДД возникает необходимость в проектирова­нии силовой турбины и выходного диффузора ГТУ.

В лабораторной работе для проектирования турбины исполь­зуется программа поступенчатого газодинамического расчета турби­ны на среднем радиусе GDROT, описанная в методическом пособии [3]. Проектирование выходного устройства осуществляется в упро­щенной постановке и заключается в определении площадей проход­ных сечений на входе и выходе диффузора при заданной скорости истечения потока из ГТУ.

Силовая турбина и выходное устройство проектируются для расчетного режима работы ГТУ. Обозначения параметров потока на расчетном режиме обычно содержат нижний индекс «р». В целях сокращения записи формул этот индекс далее по тексту опускается.

Диаграмма цикла наземной ГТУ, выполненной по схеме турбо­вального ГТД со свободной турбиной, изображена в is-координатах на рис. 3.1.

Рабочий процесс в ГТУ может быть разбит на три части:

–  процесс во входном устройстве (н–в);

–  процесс в газогенераторе (в–тк);

–  процесс в силовой турбине и выходном диффузоре (тк–с).

В целях получения большей мощности силовой турбины в на­земных ГТУ обычно реализуется перерасширение газа в турбине до давления, ниже атмосферного (). Для этого в качестве выход­ного устройства используется диффузор, в котором статическое давление растет при торможении потока.

При проектировании силовой турбины необходимо знать пара­метры потока на входе , , , а также величину степени по­нижения полного давления в силовой турбине . Величина  определяет величину полного давления за турбиной , а значит, и величину скорости истечения из выходного диффузора ГТУ .

Параметры потока перед силовой турбиной определяются на расчетном режиме ГГ (при ) с помощью известных характеристик ГГ (см. лаб. работу №1) и коэффициента сохранения полного давления во входном устройстве :

                                         ;                                       (3.1)

                                            ;                                          (3.2)

           .         (3.3)

Здесь  – приведенные расходы воздуха и топлива на расчетном режиме работы наземной ГТУ, полные давление и температура воздуха перед ГГ ТРДД на расчетном режиме.

Определение степени понижения полного давления в силовой турбине  при заданной скорости истечения газа из ГТУ  требует совместного рассмотрения силовой турбины и выходного диффузора. Из is-диаграммы процесса, изображенной на рис. 3.2, видно, что уменьшение  приводит к уменьшению  и увеличению . Эту задачу можно решить методом подбора (путем варьирова­ния  до получения заданной величины ). Другим способом ре­шения этой задачи является построение вспомогательной зависи­мости . В обоих случаях необходим алгоритм определения  по заданной величине . Этот алгоритм удобно строить с использованием газодинамических функций, поскольку величина  однозначно задает величину приведенной скорости на выходе из ГТУ  при известном коэффициенте сохранения полного давле­ния в выходном диффузоре . С другой стороны, при заданных параметрах потока на входе в силовую турбину ,  величина  задает величину удельной работы силовой турбины  и величину полной температуры газов в выходном диффузоре, которая опреде­ляет величину критической скорости звука на выходе из диффузора . В итоге определяется

                                                 .                                               (3.4)

Для определения  может быть рекомендован алгоритм, схема­тично представленный на рис. 3.3.

При этом следует использовать такие формулы: