Термодинамический и газодинамический расчеты ТРДД ПС-90А

;

  ;    ;

Таким образом, окончательно принимаем  вентилятор одноступенчатый,

размеры на входе  ;    ;   ;   

Работа в зоне наружного  контура  , в зоне  внутреннего контура . 

 

        3.Распределение работы сжатия  между каскадами компрессора и

         определение количества  ступеней турбины высокого давления

 

       Для того, чтобы проверить, можно ли выполнить вентилятор  без присоединённых

ступеней, определяем работу, которая в этом случае  приходится на  КВД:

  ;     ;

       Работу  турбины высокого давления находим  по формуле:

  ;     ;

        Приблизительно  определяем, при какой окружной  скорости турбины высокого  давления  можно получить работу  .

   Пусть  . Тогда в случае двухступенчатой турбины  ( ) получаем:

  ; 

Принимаем 

Следовательно, можно принять  схему  двигателя с двухступенчатой  турбиной высокого давления и одноступенчатым  вентилятором.

Определим количество присоединенных ступеней:

Работа турбины  распределяем между двумя ступенями:

   ;       ;

 

      4.Определение  параметров  воздуха и диаметральных  размеров

       на выходе из вентилятора

 

Степень  повышения давления  воздуха в вентиляторе в зоне внутреннего контура определяем, принимая - как в термодинамическом расчёте:

  ;  

  Давление и температуру  воздуха на выходе из КНД определяем по формулам:

               

  ; 

  ;  

         Так как вентилятор одноступенчатый, и имея падение скорости в ступени порядка 10 м/с, принимаем , а с учетом двух присоединенных ступеней. Вычисляем  ,   и площади сечений и по формулам:

  ;  

  ;  

                 по таблице газодинамических функций;

  ; 

  ; 

 Наружный диаметр   вентилятора  принимаем равным ,

     Диаметр  условного сечения, разделяющего потоки наружного и внутреннего контуров на выходе из вентилятора, определяем по формуле:

  ;    

          Принимаем толщину разделительного  корпуса между I и II контурами, равной

20 мм. Тогда внешний диаметр I контура равен 1,148 - 0,020 = 1,128 м. Диаметр втулки определяем по формуле:

  ;  

Итак, на выходе из вентилятора  имеем:

 наружный контур;

 внутренний контур;

 

 

      5.Определение диаметральных размеров на входе в компрессор  высокого давления

 

 Параметры  воздуха  на входе в КВД:

температура воздуха:  

;

давление воздуха с  учётом потерь в переходном  корпусе  между вентилятором и КВД:

  ; 

Задаём скорость  воздуха  на входе в КВД 

Находим:

  ;  

;

  ; 

 Относительный диаметр  РК принимаем на входе в  КВД   и определяем наружный диаметр D_1квд:

; 

Диаметр втулки  РК первой ступени КВД находим по формуле:

;  

Высоту  лопаток   на входе в КВД определяем по формуле:

  ;  

 

      6.Определение  диаметральных  размеров на  выходе из компрессора высокого давления

 

Сначала уточняем параметры  воздуха на выходе из КВД. Согласно термодинамическому расчёту давление . Работа  . Температура воздуха за КВД

Степень повышения давления воздуха в КВД  вычисляем по формуле:

  ; 

Задаём скорость воздуха  на выходе из КВД:

Вычисляем      и     по формулам:

  ;   ;

  - по таблицам газодинамических  функций.

Площадь сечения на выходе  из КВД находим по формуле:

  ; 

Полагая = const, находим:

  ;  ;

  ;   ;

;  ;

 

 

      7.Определение  диаметральных размеров на входе  в турбину высокого

        давления

 

При определении количества  ступеней турбины  высокого давления было получено значение , принята для первой ступени работа  . Задаём угол выхода  потока из СА   и находим скорость  истечения газа из СА:

  ; 

;  ;

 – по таблицам газодинамических  функций.

Расход газа на выходе из СА рассчитываем по формуле:

;   ;

Давление газа из термодинамического расчета  .

 Площадь сечения на  выходе  из СА определяем по  формуле:

  ;  ;

Принимаем  , тогда:

  ;  ;

  ;    ;

  Принимаем   и находим : 

; 

Осевую скорость газа на входе  в РК определяем по формуле:

;  .

         

    8.Определение  диаметральных размеров на выходе 

     из турбины высокого давления

 

Параметры газа на выходе из турбины высокого давления находим  по формулам:

  ;   ;

;  .

Задаём приведённую  скорость  , что соответствует осевой составляющей скорости газа на выходе из турбины высокого давления:

.

По таблицам газодинамических функций находим  .

Учитывая, что часть охлаждённого воздуха поступит в поток газа и смешается с ним, принимаем  и находим расход на выходе из турбины высокого  давления:

 ;  .

Площадь  сечения на выходе из турбины высокого давления определяем по формуле:

  ;   .

Принимаем  и находим высоту лопатки второй  ступени турбины высокого давления (по выходной кромке):

  ;  ;

Тогда:

;   .

Принимаем , и находим :

  ;  .

          Для того, чтобы убедиться в приемлемости полученных размеров, вычерчиваем в масштабе проточную часть двухступенчатой турбины высокого  давления и находим, что угол уширения проточной части не  превышает 25° (допускается до 30°) Следовательно, диаметральные размеры  высокого давления можно принять за окончательные.

 

   9.Определение количества  ступеней компрессора высокого  давления

Работу первой ступени  КВД вычисляем, принимая густоту  решётки  ;        

  ;    ;

  ;  ;

  ;   ;

  ;  ;

Работу последней ступени  КВД определяем, приняв густоту решётки  у втулки ;      

  ;  ;

  ;  ;

;  .

Средняя работа ступени    , количество ступеней КВД          ступеней.

Распределение  работы    по ступеням и изменение осевой скорости воздуха в КВД приведено в табл.1. Сумма работ всех  ступеней должна равняться работе компрессора, т.е.  .

 

Таблица1

Распределение  работы сжатия и осевой скорости воздуха по ступеням компрессора

	1	2	3	4	5	6	7	8
	72,1	74	75	60	50	43	38	34
	190	180	170	160	150	140	130	120

 

     Количество  ступеней КВД   принимаем равным 8.

     Баланс мощностей  КВД и турбины  высокого  давления проверяем по формулам:

;  ;

;  ;

  ;  ;

Частоту вращения ротора высокого  давления определяем отдельно для компрессора  и турбины по уравнениям:

  ;  .

;  .

 

    10.Определение  количества  ступеней и распределение   работы 

         по ступеням турбины низкого  давления

 

    Учитывая, что на  входе в ТНД температура газа  и поэтому ТНД можно не охлаждать , а весь воздух ,охлаждающий элементы турбины высокого давления, смешивается с потоком газа, получаем :

;  ;

  ;  ;

По  выполненному в масштабе чертежу проточной части находим ориентировочно       . Тогда:

  ; 

Параметр  нагружения  определяем при :

                          ;  .

Следовательно, можно применять  четырёхступенчатую турбину.

  ;      ;

;     

 

 

   11.Определение диаметральных  размеров на выходе из первого  соплового

       аппарата турбины низкого давления

 

Критическую скорость газа в  СА ТНД определим по формуле:

  ;  .

Принимая угол  , находим скорость  истечения газа из СА, полагая :

;  ;

; .

 Следовательно, перепад  давлений в СА меньше критического  и можно проектировать ступень   турбины с осевым  выходом   газа из РК (т.е.  ).   В данном случае для уменьшения перепада  давлений в СА уменьшаем скорость    за счёт придания газу на выходе из РК закрутки в сторону, противоположную вращению.

Задаем  =0,9      

Тогда

  ;

  ;

.

 

 

 

 

Площадь сечения на выходе из СА ТНД находим по  формуле:

 

При .

  ; 

Тогда внешний диаметр  на выходе из СА ТНД:

                

; .

Принимаем   и находим :

; 

Полученные размеры  наносим на чертёж проточной части  и находим, что с учётом переходного  корпуса между турбиной  высокого  давления и ТНД полученные размеры  можно считать приемлемыми.

 

   12. Определение диаметральных  размеров на выходе из турбины  низкого

         давления

 

    Параметры газа  на выходе из ТНД находим  по формулам:

;  ;

; .

      На выходе  из СА ТНД  осевая составляющая  скорости  газа равна  , .  Задаём приведённую скорость на выходе из ТНД:  . По  таблице газодинамических  функций находим . Площадь сечения на выходе из ТНД вычисляем по формуле:

;  

Принимаем  и находим:

;  ;  ;  .

Принимаем и определяем: 

  ;  

Проточную часть ТНД вычерчиваем  в масштабе и находим, что  геометрические размеры приемлемы. Следовательно, можно реализовать ТНД с четырмя ступенями.

Баланс мощности турбины  и вентилятора проверяем по  уравнениям:

 

;  ;