Газотурбинный двигатель
5.2 Выбор количества и расположения расчетных сечений по радиусу
Расчетные сечения выбираются таким образом, чтобы получить реальную картину изменения параметров газа на входе и выходе из рабочей решетки (углы, скорости и их проекции на осевое и окружное направления, скоростные коэффициенты, теплоперепады, степень реактивности, температура и давление рабочего тела). В зависимости от высоты рабочих лопаток количество и расположение расчетных сечений может быть различным, но число сечений всегда должно быть нечетным.
В организациях, занимающихся расчетом и проектированием авиационной техники, расчет закрутки лопаток (hл < 0,1 м) выполняют в пяти сечениях, а в длинных неохлаждаемых лопатках последних ступеней турбин (hл > 0,1 м) - и в большем числе сечений (через каждые 0,02…0,025 м). Кроме того, для технологических целей используются два дополнительных сечения вне профильной части лопатки, которые так и называются технологическими (выше периферийного и ниже корневого).
При проектировании нам достаточно ограничиться тремя сечениями (рис.5): корневым, средним и периферийным.
Корневое сечение рекомендуется выбирать на расстоянии 0,002…0,003м выше начала переходной галтели (перо-полка). Это облегчает в последствии контроль точности изготовления профиля. Радиус переходной галтели Rг.корн составляет 2,5…3 % от высоты длинных лопаток (hл > 0,1м) и 3,5…4 % - от высоты коротких лопаток (hл < 0,06м). Обычно в турбинах авиационных ГТД Rг.корн = 0,002…0,003 м.
Таким образом, радиус корневого сечения можно определить:
,
где - внутренний радиус (радиус втулки) рабочего колеса первой ступени, rcр - средний радиус ТВД.
Рис. 5. Расположение расчетных сечений лопатки
Среднее сечение располагается на среднем радиусе ТВД. При выбранной схеме проточной части турбины dТ = const средний радиус определяется rcр = 0,5dТ.
Периферийное сечение желательно располагать на расстоянии 0,002…0,003 м ниже верхнего торца в безбандажных лопатках или на 0,002…0,003 м ниже переходной галтели (перо-бандажная полка). Радиус переходной галтели Rг.пер в этом случае обычно в 1,5…2 раза меньше, чем у корня. Обычно в турбинах авиационных ГТД Rг.пер = 0,001…0,002 м. Такой же радиус переходных галтелей выбирается в корне и на периферии сопловых лопаток.
Используя эти рекомендации можно определить радиус периферийного сечения
,
где - наружный радиус рабочего колеса первой ступени ТВД.
Численные значения радиусов выбранных трех сечений для рабочих лопаток первой ступени ТВД с dт = const определены в п.49 раздела 3 и составляют:
.
Остальные геометрические размеры: = 0,0820 м; м; = 0,249 м; Rг.корн = 0,0026 м; Rг.пер = 0,0015 м.
Теперь можно приступать к непосредственному расчету закрутки рабочих лопаток ТВД.
5.3 Расчет закрутки рабочих лопаток по закону r•Cu = const
Расчет рабочих лопаток ТВД выполняется по методике, представленной в табл. 2, для корневого, среднего и периферийного сечений. При этом используются параметр (), определенные ранее в детальном расчете турбины (раздел 4), и выбранные значения .
В нашем расчете:
Таблица 2
№ п/п |
Определяемый параметр и расчетная формула |
Размерность |
Величина параметров на радиусах |
|||
корневом |
среднем |
периферийном |
||||
1. |
r |
м |
0,184 |
0,215 |
0,245 |
|
2. |
= r/rcp |
- |
0,855 |
1 |
1,13 |
|
3. |
u = |
м/с |
317,94 |
371,31 |
423,12 |
|
4. |
м/с |
671,69 |
575,16 |
504,73 |
||
5. |
... |
1731 |
20 |
2253 (20,99) |
||
6. |
м/с |
703,52 |
612,03 |
546,38 |
||
7. |
... |
3062 |
4577 |
6873 |
||
8. |
м/с |
23,65 |
20,25 |
17,77 |
||
9. |
... |
8432 |
8514 |
8574 |
||
10. |
м/с |
237,21 |
236,90 |
236,03 |
||
11. |
... |
3875 |
3393 |
3023 |
||
12. |
- |
0,08 |
0,30 |
0,44 |
Для выделения кинематических параметров, полученных при расчете закрутки, и устранения путаницы при построении плана скоростей, вводим дополнительное их обозначение в виде нижнего подстрочного индекса “см”.
Рис. 6. Планы скоростей для расчетных сечений рабочих лопаток ступени ТВД
6. ПРОФИЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДАЕМЫХ СОПЛОВЫХ И РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Большое число разноречивых требований, вытекающих не только из условий обеспечения максимальной газодинамической эффективности проточной части, но также из условий прочности и технологии изготовления охлаждаемых лопаток, как правило, не позволяет воспользоваться готовыми профилями лопаток, имеющимися в атласах [6]. Последние служат лишь прототипами, по которым сверяют основные геометрические соотношения.
Процесс профилирования охлаждаемых сопловых и рабочих лопаток турбины в основном выполняется так же, как и неохлаждаемых лопаток [1,7]. Особенности касаются выбора геометрических соотношений.