Жидкостные ракетные двигатели Волков Е.Б. Головков Л.Г. Сырицын Т.А. (1014157), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Поэтому, назначая параметры рабочего тела турбины и отрабатывая ее конструкцию, неосбхстдимо уделять большое внимание вопросам тсрттостстйкости лопаток. Так, например, температура газа на входе в турбину назначается исходя нз того, чтобы нагрев лопаток нс превосходил допустимукт ве,тичииу.
Мехнпи сс"екпс свой, ~ва современных жаропрочиы:с сплавов, которые могут быть применены дли изготовления лопаток, начинают с)щественио ухудшаться при температурах порядка 900'К, Такая температура и является предельной для лопаток, изготавливаемых из жаропрочных сталей, В турбинах авиационных воздушно-реактивных двигателей лопатки, как правило, охлаждаются, что уменьшает их температуру по сравнению с тетспературой неохламсдасхстпх лопаток на 200 — 350'. Это позволяет существенно повысить температуру рабочего тела псред турбиной. Однако охлаждение лопаток связано с пгобхотизтстстью усложнять и утяжелять констр капо турбины и поэтому в турбинах ЖРД обычно не практикуется.
Процессы нагрева лопаток крайне сложны. Опыты пока. зывают, что даже по профилю неподвижной лопатки, омыгаемой струей газов, коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности меняется во много раз'. Следовательно, условия теплообмена между газом и лопаткой сильно меняются по границе поперечного сечения, даже когда лона гка неподвижна. Еще более сложным является тепловое воздействие газов на лопатки при вращении ротора, так как на теплообмен дополнительно влияет периодичность, попадания лопаток под струи рабочего тела.
Кроме неравномерности теплообмеиа по границе поперечного <ечении наблюдается неравномерность условий нагрева лопатки и по ее высоте. Так как центральная часть ротора свал) |иагрета слабо, то тепло по ротору передается от периферии к центру. Это приводит к тому, что возникает некоторый отвод тепла от корня лопаток к диску.
В таких условиях точный расчет температурного поля лопаток невозможен и поэтому среднсосо темпсрптурт лопаток определяют приближенно, считая, что она будет близка к ' Наиболее нн1епснпнн тептоотткча и тон пеппе, ~не струя уднряетея о понерхноеть, т, е, ня пходной кранко лопатки. Збб темпера!эре торможения газа в пограничном слое на поверх. и!и'! и .!оы;! ! ки. Если температура газа в потоке, пост)гга!оШеу! на лопатки, составляет Т,д (для одноступенчатой турбины Т,д — температура газа на выходе ыз сот!,!а), а относи!тельная скорость равна са!, то температура торможения определяется как ' э т;= т„~ л —,,„'. - Р УОО вао 7ао баа ваа гааа ггао 7Гк Рис.
7.4К тсипсрэтурэ иэгрсвэ ло- паток зом температурой перед соплами т„и изменением давления в соплах (Рэ)Р!): э-! 'х Р! 11а рпс. 7.41 приведены результаты расчета температурь! нагрева лопаток турбины Тд в зависимости от температуры Рэ рабочего тела Т' и перепала давления — . Дггя расчета Р! пдпл (потери неучитывались) было принятой= !,2;ср-— — 0,56 сэ,=0,9; ге!=0,7 с!. * В дпппои оту:!эс температуру тортгожсвия следует иэчодитчэ учитывая, ч!о в !епло ир! врэ поется энергия, определяемая ие волной скоро. ! гья! га !э со э скоро! !! я! а !, тэь чпк ят!еиг!о эта !ос!пятя!ои!ая ! к! рости чэрэкгсриэует условия даигьеиия газа вдоль поверкиости лопатки. Очеьи !ко, ч!о Г!" Ргэ !.!л кпк А!э! 7'о —— 7', + —, и с а!. !а 2в,. ! ' !. 361 Т мп ратура лопагок !эры !ормо кения Т, и!.! по!ока и рг!!.!ичия относи!сльпых !кори !!.й !ю профил!о лопатки.
В соответствии с' этим полагают, ыо температуралопатки равна „,э та=т,+", А —. 2асд ' (7.68) гле рт=0,85 —:0,90 Температура газа па выходе нз сопел Т!д опредечяетси главным обра- будет несколько меньше темпера. ечс!вп отжэд.! час!и тепла ь ядро 7эд ээ Л Из рис. 7.4! следует, по температура нагрева лопаток досыггзег 900" К 1для рассматрив;ц мых .с.говий), если рабочее тело нагревается го 1100 — 1200'К, Обычно такая температура и считается предельной для газа, подаваемого в гурбину с неохлаждаемыми лопатками. й 7.6.
РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ Для расчс ~ з гуроины извг сз ггы: —. параметры гага пе1гед гурбпгюгц Р,',, 1„;, Й, й; — — давление газа за тзрбиной ри — могцносгь и чигдо ой >розов гуроины з'о л; -- тип турбины, В результате расчета должны быть определены диаметр ротора, размеры сопел и межлопаточных каналов (лопаток). Расчет активной турбины 1. Определяют теплоперепад, срабатываемый в турбнне: 2. Рассчитывают теоретическую скорость нсгсчсния газа из сопел с„.= — 91,53 Р' /г„. 3.
Назначаюг коэффициент потерь в соплах Р и определяют зействгпельиую скорость истечения П =чс„. 4, Назначают диаметр ротора Й и число ступеней. Диаметр 0 выбирают исходя из конструктивных соображений, и, в частности, из условий компоновки турбины с насосами. хгдп При этом следует учесть то, что окружная скоростыг ==в бо не должна превосходить допускаемую. Рассчитывают и.
в Определягот х= —, и с учетом рекомендаций, приведенс, ' вых вьипе, назначается число ступеней. 5. Рассчитывают расход газа в турбине 6 =-. Ат з, д»„„. КПД турбины выбора" гся на ос новании данных по КПД гк0игехтвленных образцов. 302 6. Рассчитывают тгмператп ру газов нз вга\оте из сопла: д Т =Т вЂ” "'~ ° . — теоретическая температура 7 ~ = Та — потери в гогиах й, —..= йд !! — д); — увеличение температуры за счет потерь в соплах тм Ад ЬТ = — — ', где с = — Тдт; с с д а — 1 д — действительная температура Тш= Т, + 4Т,. 7, Рассчитывают удельный ооъем газа па выходе из сопла ЯХ',д о,=- —" п~ 8.
Определяют суммарную плошадь выходных сечений сопел Пйо 7А".. К ~ п[мздлдиаю аддмдГОБ лппадки с 9. Назначают высоту лопатки на входе 7д и определяют высоту выходного сечения сопла !д (рис. 7.42). Высота лопатки должна быть не менее 18 — 20 мм даже для турбин малой мощности; при меньших размерах лопатки снижается КПЛ турбины. Высота сопла на выходе выполняется меньшей, чем высота лопатки, на 2 — 3 мм, чтобы избежать удара струи о кромку диска турбины или о бандаж.
10. Определяют по величине 7, площадь выходного сечения одного сопла. Если сопло имеет круглое сечение, то ддт вт 3 2 о 4 тм 11. Находят число сопел а = —. (а должно быть, ко- и вечно, округлено до пслого, после чего вводится поправка в 1, ). ! 2. Определяют длину большой оси злл и пса, представляющего собой сечение сопла на выходе (рис, 7.43): Е, = мпа, ' (Угол а~ назначается.) !3. Рассчитывают шаг сопел 1 =йЕ,, где й! — ко'Зфф!и!понт стр ненни, счптываюпплй прах!Ржсткп между соилами (/! =1,05!-к 1,15).
14. Определяю! степень паршшльносги т!рбпны I р с* == ктт. Если получено к>1, что невозможно, то назначают е=1. Это можно обеспечить, увеличивая 0 или уменьшая Р, илн 1всличиваа 7,г икре! или 'кС Рис. 7.43. Схемы сопел 15. Определяют расход газа через одно сопло Ос=— бт и площадь критического сечения сопла тра,) Кт,' Г ~кр! * ьрр гле 5==5(м). 16. Строят профиль сопла (рпс. 7.43) по извесзным размерам выхода (1,) и диаметру критического се !ения 4Гкр кр, Угол раскрытия расширяющейся части сопла т выбирается в пределах 7=8-:12'. 17.
Строят треугольник скоростей на входе в лопатки по известным сь иь и!. Из треугольника находят ш, н 6!. 364 Этп величины могут быть также раж"читаны: то~ — — ~г с + и- — — 2пг) соз хб 3, = згсз1п — ' ' 18. Назначают геометрическип 1гол лопатки на входе 3~„. Д тя сверхзвуковых решеток целесообразно брать ~о,.—.3~+ + (2ч-3)'. В этом случае уменьшаются потери при обтекании потоком стенки профиля лопатки. 19. Назначают геоечетрпчсскай угол лопатки на выходе который принимают несколько мспыцпм (на 2 — 5') угла Дс, 20.
11азна1чают по опытным данным коэффициент потерь на лопатках (~ н рассчитывают относительную скорость на выходе пч лопаток юз -'фсс) 21. Опрсдс ~якп погори па попа ~ьах и изменение ~емператзры ~аза: О~ л 2 ( т)~ л ЬТ„== — '-. ге 22 Рассчитывают температуру и удельный объем газа на выходе из лопаток: 23. Определяют высоту лопатки на выходе 1„ (рис.7.42), г"м для чего используют уравнение непрерывности с)= которое для выхода из лопаток дает гт е ь,, и екЛм,, Мп Чы где йе — коэффициент стеснения потока лопатками на выходе (й~ — — 1,05 —:1,10). 24.
Строят треугольник скоростей на выходе, для построения которого известны им и и угол рз наклона относительной скорое~и. Угол 3е принимается равным геометрическому углу установки лопатки на выходе: 3з — — рза. Из тре1тольника скоростей находят скорость выхода газа из лопаток первой сту- 365 пени сз и угол ее наклона ае. Эти в личины можно иайги |акже по форм~лам: с. ,= ~ тта,, '+ и'-' — 2ите, сов Нз, в' ива а, = — агс ып — ' Если рассчитывается одноступенчатая т~рбина, то профилирование проточной части иа этом заканчивается и далее следует расчет КПД турбины. 25. Определяют потери с выходной скоростью )зассчитыиакп потери на трение и венгвляпию й,„п на утечку йт, 26.
Рагсчи [ываюг внутренний, относитсльныи и полныи КПД г;рбины: а,— а,--а,„— д,— д.--а„, тме ЕаЛм~ где л„ назначается. Если полученное значение т1„ отличается от прина~ого ранее (пункт 5 расчета), расчет должен быть скорректирован. В случае когда проводится расчет двухступенчатой турбины, после и. 24 переходят к расчету лопаток направляющего аппарата и ведут далее расчет в такой последовательности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
