Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 108
Текст из файла (страница 108)
Влияние радиального зазора в двигателях современной конструкции парируется устройством жестких корпусов с разгруженной оболочкой, образующей наружную поверхность воздушного тракта, а также специальных систем регулирования ради- 632 Рис. 18.13. Газогенератор перспективного ТРДД с «замыкающей» центробежной ступенью компрессора ального зазора, учитывающих фактическую термическую и механическую деформацию деталей ротора и статора компрессора.
Это позволяет устанавливать минимальные монтажные радиальные зазоры при сборке и поддерживать их необходимую величину в различных условиях эксплуатации двигателя. Однако высоту лопатки 15 ... 20 мм следует считать минимально допустимой. Как указывалось, дальнейшее развитие ТРДД для дозвуковых самолетов приведет к увеличению суммарной степени повышения давления и степени двухконтурности. В таких двигателях использование осевого компрессора газогенератора из-за слишком малых размеров лопаток последних ступеней окажется невозможным, и необходимо будет применение замыкающей центробежной ступени вместо нескольких осевых.
Пример газогенератора перспективного ТРДД для дозвуковых полетов с комбинированным компрессором показан ня рис. 18.13. Параметры такого гипотетического двигателя и его газогенератора выбраны следующими (10)1 и,"х ж 60, Т„'ж 1800 К, и( ж 12, степень повышения давления в КВД газогенератора и,', „„ж 25. Известно, что центробежные ступени в настоящее время широко применяются в компрессорах малоразмерных ГТД для вертолетов, ТВД и вспомогательных ГТУ. В перспективных двигателях с меньшими значениями степени двухконгурности и суммарной степени повышения давления (например, в форсированных ТРДДФ для сверхзвуковых самолетов) применение последней центробежной ступени может оказаться и не обязательным в связи с большей общей размерностью газогенератора.
Сокращение числа деталей ротора компрессора. Рассмотрим тенденцию относительного изменения числа деталей ротора компрессора газогенератора прн различном формировании его проточной части. Этот фактор является важным в производственном отношении (а также при ремонте), так как трудоемкость изготовления компрессора занимает существенную долю в общей трудоемкости нзготовлеияя двигателя.
Рассмотрим главные элементы конструкции компрессора: число ступеней (дисков) г„, число лопаток гл, а также число типоразмеров этих элементов гт , которое в первом приближении пропорционально числу ступеней (зт Р т 2„). При заданнь1х работе, частоте вращения и диаметре турбины возможность сокращения числа ступеней компрессора, как зто было показано выше, в соответствии с зависимостью (18.13) связано с увеличением среднего диаметра проточной части компрессора 0„, с, т. е. с ростом окружных скоростей в ступенях (см. рис.
18/7 — 18.9), Число лопаток рабочего колеса со средним диаметром О, и шагом лопаток г равно а„= я0,р//. Введем сюда величины относительного шага лопаток Г/з (в — хорда лопаток) и относительного нх удлинения Ь/в: (Ь/Ь) п0ср л = (//Ь) Ь Высота лопатки Ь связана с кольцевой площадью лопаточного венца зависимостью г" =- пЬ0ср, пРнчем можно пРинЯть г' Яа сапы пРи ваРиациЯх сРеднего (Ь/а) (ярср) диаметра ступени 0 . Тогда число лопаток будет равно гл ян ар. (//в) г" а относительное его изменение при изменении диаметра ступени О, выразится зависимостью л (1/а) сп> (18.29) т.
е, число лопаток на каждой ступени растет при увеличении 0сп пропорционально его квадрату, если удлинение и шаг лопаток прн этом не изменяются. Аналогичная зависимость может быть получена и для лопаток направлюощих и спрямляющих аппаратов. Относительное изменение общего числа лопаток во всех ступенях компрессора Е рассмотрим на примере компрессора с 0„= сопз1.
В этом случае кз (18.13) и (18.29) получим дтя ! ступеней компрессора: а =з 3 =а7 чч (Ь/з) (18.39) ? (/) ' ! Эта зависимость справедлива при заданной частоте вращения ротора лт„= сопз1. Если относительные удлинения и шаги лопаток при увеличении 0„, ср и средней окружной скорости и„,р сохраняются, то общее число лопаток, не- смотри па уменьшение числа ступеней, останется прежним (вследствие их абсолютного измельчения). Однако зависимости (18.!3), (18.29), (18.30) получены при постоянных средних коэффициентах напора Оср в ступенях.
В этих условиях рост ин ер позволяет увеличить относительный шаг лопаток на. Кроме того, в практике наблюдается тенденция снижения удлинения лопаток, в частности, в целях увеличения КПД. Все это приводит к сннженюо общего числа лопаток по выражению (18.30) при росте 0„ер и уменьшении числа ступеней !. В перспективе применение в турбнне новых материалов или более эффективных систем охлаждения позволит увеличить параметр напряженности лопаток турбины е и, согласно (18.8) и (18.1!), увеличить частоту ее вращения и уменьшить диаметр; соответственно (18.!2) уменьшится диаметр компрессора н пропорционально квадрату диаметра — общее число лопаток даже при г„.=.
сопз1. Может быть, согласно (!8.12) н (18.13), еще более уменьшено число ступеней а„, но пря некозором увеличении диаметра 0„ср н примерном сокращении общего (уменьшенного) числа лопаток г (см. 18.30). Уменьшение относительного диаметра лх турбины и компрессора в перспективе целесообразно также и потому, что пря этом увеличивается высота лопаток последних ступеней компрессора и первой ступени турбины, что способствует увеличению их КПД. В результатые проведенного анализа можно сделать следующие выводы: 1) При заданной прочностью турбины частоте вращения ротора газогенератора целесообразно увеличивать диаметр проточной части компрессора; при этом." уменьшается число его ступеней; уменьшается число типоразмеров дисков и лопаток; общее число лопаток сохраняется примерно одинаковым или уменьшается прн использовании лопаток малого удлинения и расстановке их с увеличенным шагом.
2) При увеличении в перспективе частот вращения роторов (новые материалы н более эффективные системы охлаждения в турбине) возможны следующие варианты использования этого преимушества; а) уменьшение среднего диаметра простояной части компрессора до получения и„ер — Ыетп (по сравнению с п. 1); при этом: сохраняется число его ступеней и число типоразмеров дисков и лопаток; существенно сокращается общее число лопаток (см. 18.29); увеличивается абсолютная высота лопаток (увеличение КПД); б) сохранение среднего диаметра проточной части компрессора (в соответствии с п. 1); при этом: дополнительно снижается число его ступеней и типоразмеров дисков и топаток; сокращается общее число лопаток; в) промежуточный вариант между пп.
а) и б). Вариант по п. 1 широко используется в газогенераторах ТРДД и ТРДДФ четвертого поколения. По общему эффекту сокращения чисел ступеней, типоразмеров деталей я лопаток перспективные варианты 2, б и 2, в являются предпочтительными. Прн необходимости получения высоких КПД целесообразно рассматривать вариант 2,а Более детально эти вопросы рассматриваются в следующем равд.
18.8. 18.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ДВУХКОНТУРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Полученные в равд. 18.2 ... 18,4 закономерности позволяют выбрать и согласовать конструктивно-геометрические параметры компрессора и турбины газогенератора ТРДД, т. е, сформировать его проточную часть с учетом главных ограничений. По-прежнему, рассматриваем наиболее простой случай— одновальный газогенератор двухвального ТРДДФ.
Все приведенные в этом разделе и ранее соотношения и порядок их применения справедливы также и для одновальных ТРДФ с учетон специфических ограничений (по максимально допустимым диаметрам компрессора и турбины и др.), а также для ротора Высокого давления трехвального ТРДДФ. Исходные данные ТРДДФ для формирования проточной части газогенератора 1.
Основные данные и параметры термодинамического цикла на расчетном по прочности режиме работы (например, взлетном): 6„ /и, нкз, '/'т, нв пк. гг Вопрос о рациональном выборе и,", „„при заданном якх требует анализа многих факторов, в том числе чисто конструктивных, габаритных и компоновочных. Величина я„' „„связана в значительной степени с выбором одноступеичатой ити двухступенчатой турбины газогенератора. В простейшем случае, когда ротор вентилятора не имеет подпорных ступеней во внутреннем контуре зг'„т„= п„ /я,, при наличии подпорных ступеней с п„': л„' „„= я„' /я'я„'. При высоких значениях и„"х «) 25 ...
30 в двухвальных ТРДД с большой степенью двухконтурности (т ) 5 ... 6) из-за низких значений я' = 1,6 .. 1,8 обойтись без подпорных ступеней в роторе вентилятора не удается. Могут быть рассмотрены гезогенераторы с. несколькими вариантами задания пк 2. КПД, коэффициенты потерь в элементах проточной части, относительные величины отборов воздуха. 535 Рассмотренная методика формирования проточной части может быт!5 использована для вариантных расчетов облика газогенератора (ик, г„= чаг е = чаг, е = чаг, ав вмв = чаг, различная форма проточной части компрессора и т. п.) с целью поиска оптимальных решений в системе автоматизированного проектирования на ЭВМ (САПР).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
