Расчет газовой турбины турбокомпрессора

2.2 Исходные данные

1) Общий расход газов в двигателе , кг/с

где  – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, принимаем  кг/кг [2];

  – коэффициент избытка воздуха при горение,  [6].

2) Давление газов перед ГТ   МПа

3) Температура газов перед ГТ   К

4) Давление газов за ГТ   МПа

6) Скорость вращения ТК   об/мин (из подраздела 1.4)

2.3 Выбор и уточнение расчетных параметров и КПД ГТ

1) Эффективный КПД ГТ  = (0,7 ÷ 0,8), принимаем   [1]

2) Механический КПД ТК  = (0,94 ÷ 0,98), принимаем   [1]

3) Внутренний КПД ГТ

4) КПД ТК

где  – КПД компрессора,  .

5) Необходимая адиабатная работа ГТ , Дж/кг

где  – адиабатная работа, затрачиваемая в компрессоре  Дж/кг;

 – расход воздуха в двигателе  кг/с.

6) Относительное адиабатное снижение температуры

7) Степень понижения давления   – из таблицы 3 [1]

8) Необходимое давление перед ГТ

2.4 Расчет соплового аппарата (СА) осевой ГТ

1) Степень реактивности  (0,3 ÷ 0,5), принимаем   [1]

2) Адиабатная работа в СА , Дж/кг

3) Скоростной коэффициент СА(0,93 ÷ 0,98), принимаем   [1]

4) Скорость на выходе СА , м/с

5) Относительный спад температуры

6) Температура на выходе СА , К

7) Степень понижения давления в СА   – из таблицы 3 [1]

8) Давление на выходе СА , МПа

9) Плотность газа на выходе , кг/м³

10) Площадь выходного сечения СА по горловинам , м²

11) Средний диаметр облопатывания , м

где  – скоростная характеристика (0,5 ÷ 0,7), принимаем  ;

 – диаметр РК компрессора,   м;

 – коэффициент мощности РК компрессора,  ;

 –  коэффициент трения и вентиляции,  .

Средний диаметр облопатывания  должен составлять (0,85 ÷ 0,95) .

12) Окружная скорость на диаметре  , м/с

13) Число сопловых лопаток  (20 ÷ 40), принимаем   шт

14) Шаг лопаток на диаметре  , м

15) Длина сопловых лопаток , м

где  – угол потока на выходе, принимаем  .

16) Наружный диаметр СА , м

17) Диаметр ступицы СА , м

18) Диаметр горловины на выходе , м

19) Коэффициент  (1,0 ÷ 1,08), принимаем   [1]

20) Угол потока на выходе , град

21) Осевая ширина лопаток , м

где  – коэффициент окружной скорости, принимаем 5;

  – угол поворота лопаток у корня, принимаем .

22) Относительна реактивность на диаметре  

где  – угол поворота лопаток на среднем диаметре, град.

23) Степень реактивности в корневом сечении

24) Приведенная скорость на выходе

2.5 Расчет рабочего колеса (РК) осевой ГТ

1) Относительная скорость на входе в РК , м/с

2) Приведенная скорость на входе

3) Угол входа потока на лопатки , град

4) Угол установки лопаток , град

где  - угол атаки при входе на лопатки РК, град, принимаем

5) Адиабатная работа в РК , Дж/кг

6) Скоростной коэффициент РК , принимаем 

7) Относительная скорость на выходе из РК , м/с

8) Температура на выходе , К

9) Плотность газа на выходе , кг/м³

10) Длина рабочей лопатки , м

11) Угол потока в относительном движение без учета утечек , град

12) Радиальный зазор в рабочем состояние , м

13) Расход газа с учетом утечек , кг/с

14) Площадь на выходе по горловинам , м²

15) Число рабочих лопаток , принимаем   шт

16) Шаг лопаток , м, на диаметре D₁ = D₂

17) Диаметр горловины на выходе , м

18) Коэффициент , принимаем

19) Угол потока в относительном движение на выходе , град

 

20) Угол установки лопаток на выходе , град

21) Уточнение высоты лопатки на выходе , м

22) Осевая составляющая скорости на выходе , м/с

23) Окружная составляющая скорости на выходе , м/с

24) Абсолютная скорость на выходе , м/с

Построение треугольников скоростей на входе и выходе из РК представлено в подразделе 2.7.

25) Угол выхода потока , град

26) Наружный диаметр РК , м

27) Диаметр ступицы РК , м

28) Окружная скорость на диаметре  , м/с

29) Коэффициент напора ГТ

30) Отношение скоростей  V

31) Ширина РК в осевом направлении , м

где  – коэффициент окружной скорости, принимаем .

2.6 Потери, КПД и мощность осевой ГТ

1) Потери в СА , Дж/кг

2) Потери в РК , Дж/кг

3) Потери с выходной скоростью , Дж/кг

4) Потери на трение и вентиляцию при степени парциальности , , Дж/кг

5) Потери на утечки , Дж/кг

6) КПД на венце

7) Внутренний КПД 

8) Эффективный КПД 

В пункте 3 подраздела 2.3 был принят эффективный КПД газовой турбины. Расхождение с эффективным КПД, полученным в пункте 8 подраздела 2.6,  составляет

9) Мощность ГТ , кВт

10) Относительная мощность ГТ 

11) КПД турбокомпрессора