пояснительная записка (Готовый курсовой проект 1)

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

«ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТУРБОНАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ»

Руководитель: Бобров А.Н.

Студент: Антонов Ю.В.

Группа: Э1-82

Кафедра «Ракетные двигатели»

Москва 2007г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Исходные данные

Тяга

Удельный импульс

Давление в камере сгорания

Соотношение компонентов в камере

Соотношение компонентов в газогенераторе

Давление на входе в насос окислителя

Давление на входе в насос горючего

Частота вращения

Окислитель – кислород

Горючее – метан

Схема двигательной установки – с дожиганием.

Аналог двигательной установки – РД - 146

Баланс мощностей ТНА

Согласно формулам, приведённым в [1] рассчитаем следующие параметры двигательной установки:

1. Суммарный массовый секундный расход:

2. Массовый секундный расход окислителя:

3. Массовый секундный расход горючего:

Для решения уравнения баланса зададимся следующими величинами:

- КПД насоса окислителя

- КПД насоса горючего

- КПД турбины

- Температура

- Давление на выходе из турбины ( ):

- Давление на входе в турбину, в зависимости от давления в газогенераторе находится из соотношения ( ):

- Давление на выходе из насоса окислителя, в зависимости от давления в газогенераторе ( ):

- При расчёте давления на выходе из насоса горючего необходимо выбрать большее из следующих давлений:

- Суммарный расход на привод турбины:

Стехиометрическое соотношение компонентов определим по формуле: , тогда коэффициент избытка окислителя в газогенераторе и камере сгорания найдём из соотношений:

,

По результатам термодинамического расчёта в программном комплексе «Астра» (приложение 1) получаются следующие параметры газовой смеси:

,

Графически решая уравнение баланса мощностей:

находим давление в газогенераторе , тогда

, ,

Значения мощностей и напоров насосов, для найденного значения давления в газогенераторе, приведены в таблице 1.

Напор насосов окислителя и горючего определяются по формуле:

,

Расчёт насоса окислителя

Расчёт насоса окислителя начнём с расчёта шнека. Ниже представлена непосредственно методика самого расчёта, основные результаты приведены в таблице 1.

Расчёт шнека

Допускаемый срывной кавитационный запас:

Значение располагаемой энергии на входе:

, где

Объёмный расход компонента:

Максимальная угловая скорость вращения вала:

Так как насос окислителя имеет неконсольное расположение, то сначала определяется значение коэффициента диаметра втулки шнека:

затем по графикам, приведённым в [1], находится значение коэффициента , и по определяется втулочное отношение .

Зная втулочное отношение , и найдя соответствующее значение коэффициента , определим коэффициент диаметра шнека:

Основные размеры шнека:

, ,

Задавшись коэффициентом определим диаметр входа в центробежное колесо и средний диаметр входных кромок :

,

Окружная скорость на среднем диаметре:

Осевая скорость на входе в шнек:

Условие одновременного срыва запишем в следующем виде:

, где

, , , из условия одновременного срыва находим оптимальную закрутку потока .

Тогда , напор шнека .

Угол потока на выходе из шнека:

,

Средний диаметр шнека:

Эквивалентный шаг шнека:

Угол атаки на среднем диаметре:

Задавшись густотой решётки , углами и числом лопаток шнека , определим осевую длину шнека:

Поверочный кавитационный расчёт

Задавшись величинами и , поверочный кавитационный расчёт будем проводить в соответствии с формулой:

, где

Расчёт центробежного колеса

Зададимся соотношением площадей выхода из шнека и входа в центробежное колесо: . Из расчёта шнека известны диаметры и .

Ширина колеса на входе равна:

Скорости на входе в центробежное колесо:

, ,

Угол потока на входе в колесо:

Задавшись углом атаки , найдём входной угол лопаток:

Для дальнейшего расчёта зададимся следующими параметрами (значения приведены в таблице 1):

- коэффициент влияния конечного числа лопаток

- гидравлический КПД насоса

- расходный параметр.

Окружная скорость на выходе из центробежного колеса в первом приближении определяется по формуле:

, тогда диаметр колеса на выходе равен

Напор насоса при бесконечном числе лопаток:

Теоретический напор насоса:

Задавшись отношением площадей , найдём угол :

Ширина колеса на выходе:

Число лопаток:

Так как отношение меньше 0,55 (см. табл. 1), то окружная скорость во втором приближении будет равна: уточнение диаметра , ведётся по формуле приведённой выше. Значения диметра и скорости, полученные во втором приближении, отличаются от аналогичных, полученных в первом приближении на 3%, из этого следует, что их можно принять в качестве основных, не проводя дальнейшего уточнения.

Меридиональная составляющая скорости на выходе из колеса:

Окружная составляющая скорости на выходе из колеса при бесконечном числе лопаток:

С учётом конечного числа лопаток, окружная составляющая скорости будет равна: .

Кольцевой входной патрубок

Входной диаметр подвода:

, где ,

Расчёт спирального сборника

Спиральный сборник предназначен для сбора жидкости, выходящей из колеса, и направления её в магистраль.

Основным размером отвода является площадь входа в конический диффузор – площадь горла отвода (значением задаёмся):

- ширина колеса с дисками, - ширина спирального сборника, , ,

- высота горла, - скорость потока в горле.

Определение потерь энергии, КПД, мощности

Гидравлический КПД

Для определения гидравлического КПД воспользуемся формулой:

, где , - коэффициент потерь центробежного колеса, - доля энергии, передаваемой жидкости за счёт циркуляционного обтекания лопаток потоком, - коэффициент потерь в отводе.

Расходный КПД

Расчёт расходного КПД будем проводить в соответствии с формулой:

, где , - гидравлический КПД центробежного колеса, - гидравлический КПД отвода, , значения всех коэффициентов, входящих в формулу приведены в таблице 1.

Дисковый КПД

, где - мощность дискового трения, , - коэффициент трения диска, .

Внутренний КПД

Внутренний КПД найдём как произведение:

Механический КПД

Механический КПД примем равным:

Полный КПД

Расчёт энергетических характеристик насоса и шнека

Напорная характеристика насоса

Построение напорной характеристики будем проводить в соответствии с формулой:

где и - напор и расход соответственно на расчётном режиме.

КПД – характеристика

где - мощность гидравлического торможения.

Мощностная характеристика

Построение мощностной характеристики будем вести в соответствии с формулой: .

Напорная характеристика шнека

Теоретическая напорная характеристика описывается зависимостью:

где - расходный параметр шнека, график строится по двум точкам, при и .

При построении действительной характеристики шнека зададимся значением , тогда .

На режиме , напор будет отрицательным за счёт гидравлических потерь на трение, определяемых оп формуле:

где - длина лопатки, - гидравлический диаметр, , - относительная скорость в межлопаточном канале на режиме , - высота лопаток шнека. В результате на режиме , получаем точку , для режима : .

Срывная кавитационная характеристика

Срывная кавитационная характеристика – это зависимость напора насоса от давления на входе.

Давление на входе в насос, при котором возникает кавитация, но напор насоса ещё не изменяется, определяется по формуле:

где - относительная скорость потока на входе в шнек на среднем диаметре, - коэффициент кавитации, соответствующий начальной стадии развития кавитации в шнеке.

Давление, характеризующее критический режим, при котром начинается снижение напора:

,

где - коэффициент кавитации для критического режима.