Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Таблица 182 Номер гевогепервторв № по пор. 1600 !800 35 15 30 15 геке Ь о Фв о. о О\ г н" к. гг Ог =- т„)т,„ Етк, кДы!кг 4,44 4,72 553,9 4,22 3,36 523,4 4,713 3,6 к" тв ~тп. вык'г'к вык 2 (1) 436 (617) 1,75 10,88 (21,75) 0,995 (1,41) 1, 035 *т птк. ср к 10', мт)св 424 617 1О 1,75 10,27 2,625 14,5 1,15 ~~тк ср)й ))тк ср 12 13 1,267 Лтк !4 3(к. выл1 Проточная часть 0,92 0,91 0,92 15 ())п ср ' соп51) +(1)к =- сонэ!) 0,5 !)к. вт = оопп ))к. ср — СОП5! 16 г)к.
вк !.гк. вх ип ы„м)с 1-!к. ср 11тк. ср'))к. ср )т'тк 0,61 0,7 1,212 481 сь о й к М 17 1,093 536 1,08 18 384 19 1,17 1,35 1,145 (1,62) 0,49 1,44 21 0,49 15 0,49 П вк 15+2=17 23 8+1=9 кк0,65 11+2= 13 пв0,8 г в гг Ттг (длнна) 24 5 Далее в тексте в скобках даются ссылкн на поэнцнн этой таблнцы (наорнмер, и. 1, п. 1О н т. и.). 538 Примеры формирования облика газогенераторов ТРДД и тенденции'его развития Рассматриваются три газогенератора, отличающиеся величиной температуры газа Т;, уровнем напряжений растяжения в лопатках турбин, формой проточной части компрессора. Все газогенеРатоРы имеют одинаковУю РазмеРность Рк, „= = )беш и одинаковую степень повышения давления и„„„= 15, характерную для ТРДД с большой степенью двухконтурности дозвуковых самолетов.
Результаты расчетов по формированию проточной части газогенераторов приведены в табл. 18.2'. Газогенератор М 1 (гг-1) имеет максимальную температуру газа Т„= 1600 К, максимально допустимый диаметр втулки на выходе из компрессора с(п,,м„= 0,92 (п, 14), проточную часть с возрастающим средним диаметром (и, 15), предельно низкий диаметр втулки на входе в компрессор с)п,, = 0,5 (и. 16).
Параметр напряжения в лопатках двухступенчатой турбины принят на характерном современном уровне е = 1,75.104 мв/св (п. 1О). Указанные особенности определили умеренные окружные скорости в компрессоре (и. 18) и турбине (п. 9) и достаточно большое число ступеней компрессора (гп = 15, п. 22). Общее число ступеней в гг-1 равно 17 (и. 23). Длина газогенератора достаточна велика (рис. 18,14). Для его реализации, видимо, потребуется конструкция ротора с тремя подшипниковыми опорами, В целом облик этого газогенератора типичен для некоторых ТРДД четвертого поколения (например, ТРДД типа СР-6 фирмы Дженерал Электрик). Газогенератор № 2 (гг-2) отличается высокой максимальной температурой газа Тг = 1800 К.
Параметр напряжения в лопатках турбины и такой же, как у гг-1 (п. 10). Необходимый запас прочности турбинных лопаток обеспечивается применением соответствующих систем охлаждения и материалами. Высокая температура газа позволяет получить примерно такую же работу турбины, что и в гг-1 (п. 5), прн меньшей степени расширения в турбине (и.
6). Поэтому давление за турбиной у гг-2 увеличивается, а площадь выхода из турбины уменьшается на 7 % (и. 7). Это, согласно (!8.8), позволяет при том же уровне напряжений в лопатках е увеличить частоту вращения ротора на 3,5 % Тг - (ббб« Г,л- !ббИ Рнс. (8.!4. Схемы проточных частей газогене- гг-,( раторов ТРАЛ (размерность гас, вых =- Ыегп): гг-1 — лк. гг =!а Тг = 1000 К ах~а =!7 енсх 1.70 10 м~(с 1 гг-2 — лк гг = 10' Тг =!200 К' гвгг = !З и = евс„ (пунктир — одиоступеичатаа г =ба!'ми Е 'У»бива7: Г'-З вЂ” Ли „= 10.
Т, '= 1200 К ххгг - —— = 9, Е = 1 бвпет (ДРУГИЕ ПаРаМЕТРЫ СМ, В табЛ. 10".2!". ТРЕУГОЛЬНИКамв (М,6] об„вачеиы величины наружных диаметрое ва входе в компрессор и на выходе иа турбины у первого гавогеиератора (и. 13). Кроме того, в компрессоре применена проточная часть Р„„= сопз1 (и.
15) с падающим средним диаметром, что позволило заметно увеличить (7„,»х, входной наружный диаметр (п. 16, 1?) и на 17 % — средний диаметр компрессора (п. 19). В результате увеличения частоты вращения и среднего диаметра Р„,р сильно возрос уровень окружных скоростей в компрессоре (и. 18) н число его ступеней сократилось с 15 до 11 (и. 22). Общее число ступеней в гг-2 при двухступенчатой турбине равно 13 вместо 17 у гг-1 (п. 23). Длина гг-2 /, примерно на 20 % меньше длины гг-1 (см.
рис. 18.14). В этом генераторе, по-видимому, уже можно применить двухопорную конструкцию ротора. В качестве варианта рассмотрена возможность применения в гг-2 одноступенчатой турбины (см. рис. 18.14 и цифры в скобках в табл. 18.2). Этот вариант оказывается неприемлемым из-за слишком большого диаметра турбины, Р,„,,р/Ь = 21,75 (и. 11). Газогенератор № 3 (гг-3) имеет такую же температуру газа, как и гг-2 (1800 К), но отличается на 50 % ббльшим уровнем ' напряжения в лопатках турбины з = 1,5 ен, = 2,625 1О' м'/и' (и.
10), что должно быть обеспечено применением более совершенных материалов рабочих лопаток с повышенной удельной жаропрочностью, улучшенных систем их охлаждения, облегченных конструкций охлаждаемых лопаток и т. п. Повышение уровней Т; и а позволяет увеличить частоту вращения ротора л „ на 27 % по сравнению с гг-1 (п. 13). Это делает возможным применить одноступенчатую турбину с высокой окружной скоростью ити, ор = 617 м/с (п. 9) при допустимой величине отношения Р„,,р/Ь = 14,5 (и. 11). Создаются предпосылки также для существенного уменьшения числа ступеней компрессора. Например, при сохранении проточной его части с Р„„= сопз1(как в гг-2) число ступеней компрессора уменьшается до г„= 7, но окружо40 ная скорость на выходе в него возрастает до чрезмерно большой величины и„, „, ж 600 м/с.
Поэтому целесообразно несколько «понизить» проточную часть компрессора. Выбираем = 0,9! и проточную часть Р„,р — — сопз1, при этом несколько возрастает высота лопаток последних ступеней и снижается окружная скорость на входе до величины ин,х = 536 м/с (п. 18), что облегчает задачу получения высоких КПД компрессора. В компрессоре добавляется одна ступень (ги = — 8). Общее число ступеней в гг-Зев = 9, т. е. почти вдва раза меньше, чем в гг-1, а длина сократилась в 1,5 раза (пп. 23 и 24) при несколько больших диаметральных габаритных размерах.
При этом может быть получена конструкция короткого жесткого двухопорного ротора газогенератора. Приведенные примеры и материалы равд. 18.2 ... 18.4 позволяют выделить следующие основные факторы, определяющие тенденцию развития облика газогенераторов ТРДД в направлении сокращения числа ступеней, типоразмеров элементов турбокомпрессора и числа деталей, а также уменьшения продольных габаритных размеров газогенератора: 1) Повышение температуры газа Т„', способствующее увеличению частоты вращения ротора.
2) Применение новых турбинных материалов с высокой удельной жаропрочностью, высокоэффективных систем охлаждения и облегченных конструкций охлаждаемых лопаток, позволяющих повысить уровень параметра напряжения в рабочих лопатках турбин. 3) Применение при 7(„* „, > 7 ... 8 форм проточной части компрессора с понижающимся или постоянным средним диаметром (Р„„=- сопз1, Ри ср сопз1 и др.). 4) Увеличение диаметра компрессора вплоть до ((„,,„= 0,92 (с ограничением по Ь„,„х „). При возможности значительного сокращения числа ступеней за счет других факторов [например, за счет увеличения частоты вращения (см.
гг-3)) или при очень малых Ь„,,„целесообразно наоборот уменыпить средний диаметр проточной части компрессора и перейти к меньшим значениям 71„,,„, для получения более высоких КПД ценой некоторого увеличения числа ступеней. 5) Применение в перспективе при высоких значениях ии' „„ и малых размерах газогенератора осевых компрессоров с «замыкающей» центробежной ступенью.
(з.а. пРОектиРОВАние пРОтОчнОЙ чАсти ТУРБОВЕНТИЛЯТОРА ТРДДФ Общие принципы выбора конструктивно-геометрических параметров турбовентилятора и газогенератора близки, однако должны быть учтены специфические особенности работы вентилятора и его турбины и соответствующие ограничения. о4! Определения (средних диаметров, коэффициентов напора Н,р, параметров нагруженности у,"р и напряжения е и др.) остаются прежними. Обозначения соответствуют рис.
!8.2. Связь конструктивно-геометрических параметров вентилятора и турбины вентилятора Вв -'-' Нв, ар«виан срт -- Й„„впие„. „, ца тв. ср тв 5 тн 5 2 (Ут». ср) и полагая приближенно Й,,,р ж Нп,р —— Й,р, получим уравнение согласования компрессоров и турбины турбовентилятора с подпорными ступенями: ~.~тв, ср ат р )у а (л5 1 1) р !р /р )я — - аУтв, ср )l 2Нср = Ктв (18.
34) и без подпорных ступеней: 0,» ср,г (сравните с выражением 18.5), 543 (18.34а) Рассмотрим общий случай турбовентилятора с подпорными ступенями во внутреннем контуре, в которых реализуется степень повышения давления и„", а во всем компрессоре низкого давления (вентилятор + подпорные ступени) — икнд — — и,и„.
Так же, как и в газогенераторе, согласование компрессоров и турбин турбовентилятора определяется тремя условиями: 1) равенством частот вращения и, =- и„; 2) соотношением средних окружных скоростей итв. ср/ив. ср = Ртв. ср/Рв. ср ит». ср/ип. ср = Ртв. ср/Рп. ср (!8.32) где Р„,р, Рв ср Рп ср средние диаметры турбины вентилятора, вентилятора и подпорных ступеней по определению, данному в равд. 18.2; 3) равенством работ компрессоров и турбины (т + 1) /в + /"и = — (1 ~ х/т) (1 Рахл. тв) ЧтлЧтв/те 5 (18 ЗЗ) или (т + 1) 1., + /.„= 1.„,/ая, где 1/а' = (1 + д,) (1— стоял тв) т)ыг)тв стоял, тв Раскол возДУха нз Охлаждение турбины вентилятора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
