Копелев С.З. - Охлаждаемые лопатки газовых турбин (1014173), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Если внутренняя полость не замкнута (охлаждающий воздух выпускается в выходную кромку), площадь рассчитывается сле- дующим образом: хю. вн.пол ~ УВ с(х+ ) УВ стх+ ) Уг с(х+ ~ УВ Дх+ х хв, х. хк «с хк + ~ УВ~Х, хв где хв )звз!п гав. Закончив расчет внутренней полости, необходимо проверить совпадение полученной площади сечения с заданной: Р=Р„~,е— ~вн. пол. При получении неудовлетворительного результата повторяется расчет с другими исходными толщинами (Ло Л„Лв), а если это почему-либо невозможно, то необходимо заново проектировать профиль, изменив С (Р„р,е).
Если во внутренней полости лопатки имеются ребра охлажде- ния, то их профиль можно рассчитать так же, как профиль внут- ренней полости. В качестве исходных данных удобно использовать величины расстояний от ребер до наружных обводов сечения, вы- числяемые по радиусу вписанной окружности. Надо заметить, что 136 где Л,, Л.„, — расстояние по радиусу вписанной окружности от наружного профиля до ребер в одной из трех узловых точек (вблизи входной кромки, вблизи выходной кромки, в середине профиля) соответственно по спинке и по корыту; Лр; Л~, — расстояния по радиусу вписанной окружности от внутренней полости до ребер. Определение координат центра тяжести профиля.
Для определения координат центра тяжести профиля его разбивают на достаточно большое количество элементов линиями, параллельными оси г' (рис. 5.14). Расчет центра тяжести удобно использовать для определения всех геометрических характеристик сечения (главных центральных осей, моментов сопротивления и т. д.), которые в дальнейшем будут использованы при расчете лопатки на прочность.
Чтобы повысить точность отыскания моментов инерции, изменим систему координат как показано на рисунке. Определение координат угловых точек отдельных элементов (Мь М; „Уь Ж; -,) описано в следующем разделе. Площадь элемента 5;=а;фь где а;=х;,— хо 6;=(у,,+ум,)/2 — (ум, — уч,)~2. Статические моменты инерции относительно осей Х, 1' 5„=~у 5и 5а —— '~"х;5о 1=1, 2, ..., й, (тмин + хм;) ум; + ум; + уФ~+ уФ; х ! 2 4 А — число элементов разбиения. Координаты центра тяжести х=5„!Х5;; у=5„!У5;.
Зная параметры элементов, несложно определить прочие характеристики сечения. Расчет координат профиля. Координаты в произвольной системе координат, характеризуемой углом поворота (В) и положением точки начала координат (Лх, Лу) в исходной системе, определяются следующим образом (ргс. 5.15). Угол между осью т1 и полярной осью 1-й лемнискаты а,"=а„— Я. Параметр характерной 1-й точки у;=у — Я.
Координаты характерной 1-й точки: гй = (х; — Лх) соз 1~ + (у, — Лу) ей п Я; $;=(у; — Ау)соя Я вЂ” (х; — Лх) айпи. Определение координаты полюса лемппскаты $ по заданной ко. ординате 71. Для спинки наружно~ о профиля; 137 Рис. 5.14, К вычислению коордвнат центра тяжести профиля Рис. 5.15. К расчету координат профиля и внутренней полости 2 р'+' Аl у соз 3 (у'+' к ) где 2 7Г+т= 71 (Чааа Ч1) 3 "р' СОЗ 3 (р,' — а1)!Ау 3!Пу,'-; !' в индекс одной из лемнискат, описывающих спинку. Для корыта наружного профиля: если Чааа(Чт то в=вт,— (Чт, Чзаа)!Я(уг п~й)' если Чааа)Чг,, то $ опРеделЯетсЯ как и длЯ спинки наРУжного профиля (1=4). Для спинки внутренней полости: $1+т —— (у!'1„,— Лу) СОЗ Я вЂ” (Х;+,— ЛХ) 3!П Я, г (11 где х;„= х;+ (Ч„„— Ч)1(соз Я+ з!п Яун', 1; в') ' Ч;=(х,— Лх) созе+ (у"11 — Лу) 3!пЯ; ! — индекс полинома.
Для корыта внутренней полости $;„= (у~11„— Лу) соз Я вЂ” (х,,+Ах) 3!п ~, х;+,— — х;+сов Я+ 3!п Яу",1.; т1,=(ха — Лх) сов Я+ + (уп! — Лу) 3!п я. Точность подбоРа кооРдинат в=~ т! — Ч„а~ выбиРаетсЯ, как правило, в пределах 0,00! — 0,004. 138. если Ч„а(Чт (находитсЯ на пРЯмом Участке), то $=5г,— — (Чг,— Ч- )!И( г,— п(2); если Ч„а)Чг, то $ находитсЯ пРиближениями с некоторой заданной точйостью в: * 2 * ~~+~-~е+11+ав 3 Рис.
5.16. Решетка профилей сопловых лопаток Рис. 5.17. Решетка профилей рабочих лопаток 'с аа сОо а„,тй К У1 ~4У1йш ст 7 Рис. 5.18. Расчетное распределение скорости по обводу профиля сопловой лопатки а — свинка; б — корыто Рис. 5.!9. Профильные потери в решетке сопловых лопаток 139 По приведенным зависимостям разработана программа расчета: (П. Е. Назаровым и А. В. Деревянко) *. Рассчитанный профиль можно получить на графопостроителе. Время вычерчивания графопостроителем одной решетки составляет 20 мин.
Для оценки газодинамических характеристик спрофилированной решетки в программу включен расчет обтекания этой решетки потенциальным потоком газа. При этом использован способ нахождения распределения скорости по обводу профиля путем решения интегрального уравнения Фредгольма второго рода для потенциала скорости (18). Учет влияния сжимаемости в плоском потоке производится на основании правила Прандтля [8]. Программная секция расчета скоростей по обводу профиля носит автономный характер и при необходимости может быть заменена блоком, реализующим более совершенный алгоритм, например, расчет распределения скоростей методом установления 141.
Программа в зависимости от задания исходных данных может выполняться в трех режимах: 1. Расчет некоторого числа сечений различных лопаток (применяется в начале проектирования, когда для ускорения работ проводится одновременное профилирование двух-трех сечений нескольких лопаток или их вариантов). 2. Расчет трех основных сечений (периферийного, среднего и корневого) одной лопатки, после чего проводится интерполяция исходных данных и расчет промежуточных сечений. 3. Получение необходимых сечений лопатки, проектирование которой уже закончено, и информация о ней находится на магнитной ленте. Получаемый в расчете профиль лопатки изображается на графопостроителе.
Время проектирования одного сечения в режиме профилирования, расчета обтекания и визуализации полученного профиля не превышает 25 мин. В качестве примера на рис. 5.16 и 5.17 приведены изображенные на графопостроителе ИТЕКАН-2МА решетки профилей сопловой и рабочей лопаток, спроектированные по изложенной методике.
Расчетное распределение скорости по обводу спроектированного профиля сопловой лопатки и экспериментально полученный график профильных потерь в решетке, составленной из этих профилей, приведены на рис. 5.18 и 5.19..Применение описанной методики в практике проектирования газовых турбин показало целесообразность профилирования лопаток описанным способом, дающим возможность получать решетки профилей, обладающие высоким аэродинамическим качеством, и существенно сокращающим время проектирования. Применение этого метода в ряде организаций, занимающихся газотурбостроением, указывает также на относительную простоту его практического освоения. * Деревянко А. В., Коаелев С. 3.
Аналитическое профилирование турбинных лопаток.— Теплоэнергетика, 1982, №3, с. 63. 21. Зикеев В. В. Конвективно-пленочное охлаждение сопловых лопаток турбин.— Теплофизика высоких температур, 1979, т. 17, № 6, с. 1319 — 1327. 22. Золотагоров М. С. Исследование эффективности пленочного охлаждения применительно к реальным условиям некоторых двигателей. — ИФЖ, 1972, т.
22, М 1, с. 46 — 49. 23. Зисия В. А., Золотогоров М. С. Исследование эффективности пленочного охлаждения применительно с некоторым поверхностям статора газовой турбины.— Изв. вузов. Энергетика, 1971, № 5, с. 48 — 53. 24. Зысин В. А., Золотогоров М. С., Грановский В.
С. Исследование эффективности пленочного охлаждения в условиях отрицательного градиента давлений.— ИФЖ, 1972, т. 23, № 6, с. 1001 — 1007. 25. Зысин В. А., Золотогоров М. С. Определение длины начального участка при пленочном охлаждении.— Изв. вузов. Авиационная техника, 1973, № 4, с. 81 — 85. .26. Зысииа-Моложен Л. М. и др. Теплообмен в турбомашинах. Л.: Машиностроение, 1974. 336 с. 27.
Зысияа-Моложен Л. М., Роост Э. Г. Влияние турбулентности набегающего потока на локальную теплоотдачу в турбинных сопловых решетках.— Теплоэнергетика, 1979, № 4, с. 31 — 36. 28. Ото, Гольдштейн, Эккерт. Завесное охлаждение лопатки газовой турбины.— Энергетические машины и установки, 1978, т. А100, № 3, с. 84 — 91. 29. Капинос В. М., Слитенко А.
Ф. К определению средних коэффициентов теплоотдачи турбинных лопаток.— Теплоэнергетика, 1981, №3, с. 28 — 31. 30. Клебанов А. Г., Мамаев Б. И. Оптимальный шаг турбинной решетки.— Там же, 1969, № 10, с. 56 — 59. -31. Ковалев А. О. и др. О рациональном подходе к проектированию облопачивания мощных пиковых газотурбинных установок.— Промышленная теплотехника, 1980, т. 2„№ 6, с. 50 — 56. 32. Копелев С. 3., Фогель Я. Л., Журавлев В.
А. Профилирование лопаток турбины.— В кн.: Производство лопаток двигателей. М.: Оборонгиз, 1957, вып. П1, с. 28 — 35. 33. Копелев С. 3., Гуров С. В. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1978. 208 с. 34. Копелев С. 3., Тихонов Н. Д. Расчет турбин авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1974.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
