Газотурбинный двигатель для привода электрогенератора на базе ДО-49
1 РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕШЕТОК ПРОФИЛЕЙ ДОЗВУКОВОГО ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Проектирование элементов проточной части компрессора для получения высоких КПД должно выполняться с учётом изменений параметров газа по высоте лопатки. При этом допускается считать постоянными значения давления и температуры воздуха по заторможенным параметрам перед ступенью компрессора в радиальном и окружном направлениях. Рассчитывая ступень компрессора вполне достаточно определить параметры потока и треугольники скоростей в пяти сечениях.
Для получения более высоких окружных скоростей в ступени осевого компрессора при обеспечении дозвукового обтекания лопаток примем закон постоянства степени реактивности и теоретического напора по радиусу. С ростом U, уменьшением са и увеличением сu по радиусу уменьшаются абсолютные и относительные скорости и углы потока в ступени с ?к=const, Нт= const. Лопатки РК такой ступени закручены по высоте несколько меньше, чем при законе сur =const.
Лопатки ВНА сильнее изогнуты в периферийной части и почти не отклоняют поток у втулки, а в ступени с сur =const лопатки ВНА должны быть изогнуты у втулки значительно больше, чем на периферии. Так же преимуществом выбранного закона является возможность использовать более высокие значения окружных скоростей в связи с меньшим изменением W1 по радиусу.[1]
Табл. 1.1 Исходные данные
Параметры |
Размерноcть |
Сечение |
|||
Втулочное |
Среднее |
Периферийное |
|||
D |
М |
0,336 |
0,421 |
0,491 |
|
= r/rср |
- |
0,684 |
0,857 |
1,0 |
|
Uср |
м/с |
- |
310 |
- |
|
U=Uср r/rср |
м/с |
247,5 |
310 |
361,8 |
|
м/с |
- |
170 |
- |
||
С2а ср |
м/с |
- |
170 |
- |
|
С 1u ср |
м/с |
- |
96,06 |
- |
|
С2u ср |
м/с |
- |
178,8 |
- |
|
?к cр |
- |
0,55 |
- |
||
Дж/кг |
- |
26040 |
- |
||
К |
288,15 |
288,15 |
288,15 |
||
К |
313,49 |
313,49 |
313,49 |
Исходные данные для расчета берутся из подробного газодинамического счета на среднем радиусе.
Далее, выбрав закон крутки потока, по соответствующим формулам рассчитываются все параметры в трех сечениях (радиусах).
Расчет са и сu при с1а= с2а для данного закона закрутки () приведен в табл.1.2; расчет некоторых параметров планов скоростей приведен в табл.1.3[1].
Табл.1.2 Расчет са и сu при с1а= с2а
Параметры |
Размерность |
Сечение |
|||
Втулочное |
Среднее |
Перифер. (к) |
|||
м/с |
207,4 |
170 |
121,6 |
||
- |
0,55 |
0,55 |
0,55 |
||
Дж/кг |
26040 |
26040 |
26040 |
||
м/с |
58,8 |
97,5 |
126,8 |
||
м/с |
164,0 |
181,5 |
198,8 |
||
м/с |
333,8 |
336,2 |
338,3 |
||
- |
0,792 |
0,740 |
0,689 |
||
град |
74,2 |
60,2 |
43,8 |
||
град |
51,7 |
43,1 |
31,5 |
||
град |
47,7 |
38,7 |
27,4 |
||
град |
68,1 |
52,9 |
36,7 |
||
град |
22,5 |
17,0 |
123 |
||
град |
20,4 |
14,3 |
9,4 |
Табл.1.3 Расчет некоторых параметров планов скоростей
Параметры |
Размерность |
Сечение |
|||
втулочное |
среднее |
периферийное |
|||
м/с |
280.4 |
272,1 |
264,6 |
||
м/с |
215,6 |
196,0 |
175,7 |
||
м/с |
325,4 |
327,8 |
330,1 |
||
- |
0.862 |
0.830 |
0.802 |
||
м/с |
223,6 |
213,1 |
203,4 |
||
м/с |
264,4 |
248,7 |
233,1 |
(для воздуха принять К=1,39 и R=287 Дж/кгК).
По результатам расчетов в масштабе строим треугольники скоростей на трех радиусах, (рис.1.1).
Рисунок 1.1 Треугольники скоростей
Полученные выше кинематические параметры являются исходными для расчета профилей лопаток и решеток РК дозвукового осевого компрессора, который производится в определенной последовательности.
Табл.1.4 Расчет параметров решетки на среднем радиусе
Параметры |
Размерность |
Величина |
|
Dk |
М |
0,491 |
|
Dср |
М |
0,421 |
Dвт |
М |
0,336 |
|
М |
0,07755 |
||
-- |
2,7 |
||
М |
0,0287 |
||
Град |
14,3 |
||
-- |
0,9 |
||
Град |
15,8 |
||
Град |
52,9 |
||
Град |
17 |
||
-- |
0,93 |
||
по графику(рис.2.3 [5]) |
-- |
0,82 |
|
М |
0,035 |
||
Шт. |
37,7 |
||
Z |
Шт. |
38 |
|
М |
0,0347 |
||
М |
0,0285 |
||
-- |
2,72 |
Табл.1.5 Расчет параметров лопаток и решеток профилей по радиусу.
Параметры |
Размерность |
Сечение |
|||
втулочное |
среднее |
периферийное |
|||
М |
0,034 |
0,034 |
0,034 |
||
D |
М |
0,336 |
0,421 |
0,491 |
|
М |
0,0277 |
0,0347 |
0,0406 |
||
b/t |
-- |
1,23 |
0,98 |
0,84 |
|
i |
Град |
0 |
0 |
0 |
|
Град |
68,1 |
52,9 |
37,4 |
||
-- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
||
-- |
0,27 |
0,3 |
0,34 |
||
?? |
Град |
20,4 |
14,3 |
9,6 |
|
Град |
27,1 |
20,6 |
15,1 |
||
Град |
6,7 |
6,3 |
5,5 |
||
?1 |
Град |
47,7 |
38,7 |
27,9 |
|
Град |
47,7 |
38,7 |
27,9 |
||
Град |
74,8 |
59,2 |
42,9 |
||
К |
-- |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
Град |
13,5 |
10,3 |
7,5 |
||
Град |
13,5 |
10,3 |
7,5 |
||
М |
0,1413 |
0,1872 |
0,2571 |
||
М |
0,0727 |
0,0951 |
0,1297 |
||
М |
0,0343 |
0,0342 |
0,0341 |
||
Град |
61,2 |
49,0 |
35,4 |
||
М |
0,0298 |
0,0256 |
0,0197 |
Хср л, % |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
Хср л |
0 |
3,4 |
6,8 |
10,2 |
13,6 |
17 |
20,4 |
23,8 |
27,2 |
30,6 |
34 |
|
Уср л вт |
0 |
0,74 |
1,31 |
1,72 |
1,96 |
2,05 |
1,96 |
1,72 |
1,31 |
0,74 |
0 |
|
Уср л ср |
0 |
0,56 |
0,99 |
1,30 |
1,48 |
1,54 |
1,48 |
1,30 |
0,99 |
0,56 |
0 |
|
Уср л к |
0 |
0,40 |
0,72 |
0,94 |
1,08 |
1,12 |
1,08 |
0,94 |
0,72 |
0,4 |
0 |
Табл.1.6 Результаты расчета координат средней линии
По результатам расчетов строим решетки профилей рабочего колеса первой ступени компрессора.
Рисунок 1.2 Решетки профилей
Таблица 1.7 Координаты рассчитанного профиля
x, mm |
у вт,мм |
у ср,мм |
у пер,мм |
|||
0 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
|
10 |
0,353 |
3,400 |
0,959 |
0,719 |
0,479 |
|
20 |
0,455 |
6,800 |
1,238 |
0,928 |
0,619 |
|
30 |
0,493 |
10,200 |
1,340 |
1,005 |
0,670 |
|
40 |
0,500 |
13,600 |
1,360 |
1,020 |
0,680 |
|
50 |
0,486 |
17,000 |
1,321 |
0,991 |
0,661 |
|
60 |
0,444 |
20,400 |
1,208 |
0,906 |
0,604 |
|
70 |
0,378 |
23,800 |
1,029 |
0,772 |
0,514 |
|
80 |
0,285 |
27,200 |
0,775 |
0,581 |
0,388 |
|
90 |
0,172 |
30,600 |
0,468 |
0,351 |
0,234 |
|
100 |
0,000 |
34,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
Назначены значения относительной максимальной толщины профиля пера с учетом линейности их распределения по радиусу, вычислены абсолютные значения максимальной толщины сbmax. В табл.1.5 внесены значения диаметра «горла» АГ, получаемые в дальнейшем при графическом построении решетки, а также посчитанные значения А1.