Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 77
Текст из файла (страница 77)
5.2 примеру расчета. Проточная часть в треугольники скоростей для рассчитанной турбины приведены на рис. 5.34, Отметим, что порядок расчета энергетических характеристик турбины и радиальной силы достаточно подробно изложен в равд. 4.7.2.2 и 5.5.2.2. б.!0.6. Расчет предкамерной турбины Исходные данные. В равд. 4,11 указано, что предкамерным турбинам соответствуют невысокие значения йчад, поэтому их, как правило, можно выполнять одноступенчатыми. Для предкамерных турбин отсах ) 0,5.
В связи с этим (см. рис. 4.38) для получения максимального КПД прсдкамерные турбины можно выпочнять реактивными. Однако реактивным турбииам соответствуют значительные осевые усилия, затрудншощие конструирование ТПА, Поэтому при расчете следует принимать р, = 0 или вводить небольшую реактивность (рт ( 0,3). 360 юп ат Шп ата4, —— й (5.!23) Число лопаток и коэффициент потерь в решетке определяются так же, как и в равд. 5.10.5. После этого можно приступить к расчет> параметров потока в осевом зазоре между сопловым аппаратом и колесом. Для определения размеров р е ш е т к и р а б о ч е г о колеса находят высоту лопатки на входе с учетом перекрьпий, см. формулу (4.72).
Углы потока на входе и на выходе определяются так же, как и при расчете автономной турбины (см. равд. 5.10.5) 36! Такие исходные данные, как мощность турбины. угловая скорость, физические константы рабочего тела задаются и выбираются так же, как и для автономной турбины (см. равд, 5.10.5). Для предкамерной турбины заданным также является расход газа. Расход определяется схемой сястемы питания (см равд 5.!0.2.2) и заданной температурой газа перед турбиной. В системе питания с окислнтельным газогенератором череа турбину проходит весь окислитель и горючее, необходямое для обеспечения заданной температуры газа. Для окнслнтельного газа )7 =- 200 ... 300 Дж)(кг К).
Температура окислительного газа Т„выбирается в пределах 600... 800 К. Г!рн восстановительном газогенераторе через турбину проходит все горючее и небольшая часть окислителя (см. равд. 5.!0.2.2). Давление на выходе из турбины определяется давлением в камере сгорания ЖКР. Давление на входе и мощность определяются из условия обеспечения баланса мощностей насосов н турбины (см равд 5.10.2.2). Давленая иа входе и на выходе определяют степень понижения давления 5 и адиабатную работу турбины. Пример расчета. В резуль~ате расчета предкамерной турбины должны быть определены геометрические размеры элементов турбины, при которых будет обеспечиваться заданная мощность при заданном расходе.
Эти размеры необходимы для разработки конструкции турбины. Помимо размеров, определяются параметры потока в характерных сечениях турбины. Расчет турбины целесообразно начинать с определения о к р у ж н о й с к ор о с т и и с р е д н е г о д и а м е т р а. Для этого надо задаться степенью реактивности турбины. Если па ) 50, то предкамерная турбина может быть выполнена с поляым подводом газа (е . 1) и тогда можно задаться степенью реактивности р, > О. Если пат ( 60 (малорасходные предкамерные турбины на восстановительном газе), то для повышения КПД целесообразно вводить парцнальный впуск (е( 1). Тогда расчет предкамерной турбины ведется аналогично расчету автономной турбины (см равд. 5.10.5) Для предкамерных турбнп с полным подводом (е — 1) окружной КПД достаточно близох к эффективному КПД.
Поэтому оптимальное отношение и,'гад при выбранном значении рт можно определить с помощью рис. 4.38. По значениям и!сад и сад найдем окружную скорость и, а затем Вор так как угловая скорость задана. Определение размеров сопл оной решетки целесообразно начать с определения высоты сопловой лопатки йо. Для этого следует задаться углом потока на выходе схт . — 20 ... 25' н выбрать в первом приближении значение скоростного коэффициента ф. Для предкамерных турбин гр =. 0,96 ...
0,98. Высота сопловой лопатки определяется по формуле (4.6!). Ширина решетки выбирается иэ конструктивных соображений. Можно принять бс =- 10 ... 50 мм. Профиль сопловых лопаток выбираешься из атласа профилей по значениям оса, ат и Мс а„ (угол потока на входе оса можно принять равным 90'). Профили сопловых решеток обозначены в атласе буквой С. По характеристикам выбранного профнля определяют относительный шаг 1.
Он должев находиться в диапазоне оптимальных значений. По относительному шагу 1 находят угол установки лопатки у, при котором обеспечивается необходимый эффекюшиый угол решетки цтчйь Эффективный угол и,аф — агсзш (сй) связан с углом потока схт следующим соотношением, вытекающим из уравнения (4.39). Сев тм е) Рис. 5.35. Предкамерная турбина: а — меридионельнае сечение; б, е — саллаввя в ребочвя решетки соответственно; т — треугольник скоростей (скорости дани в метрек в секунду! По значениям ))т, ))з и Мш, выбирается в атласе профилей рабочий профиль. шзвд По характеристикам выбранного профиля определя~отся параметры рабочей решетки и потери. Для определения эффективного угла рабочей решетки используется формула, аналогичная формуле (5.!23): зтп ))т з1п реей = й (5.124) Ширина рабочей решетки может быть выбрана в диапазоне Ьи = 15 ..
60 мм, После этого можно рассчитать параметры потока на выходе из колеса, потери, мощность и КПД турбины При е=-1 (5.125) Если полученная в результате расчетов мощность будет отличаться от заданной более чем на 5 %, то следует повторить расчет, изменив дзвление на иходе в турбину или температуру газа (при изменении температуры будет меняться и расход газа). В случае значительного изменения температуры и давления должен быть уточнен баланс мощностей ТНЛ. Бсшее подробно порядок расчета можно проследить по примеру расчета, приведенному в табл. 5.3. Проточная часть и треугольника скоростей для рассчитанной турбины приведены на рис.
5.35. Огметим, что порядок расчета энергетических харакудристик и осевых сил достаточно подробно изложен в раз. 4.7.2.2 и 5.5 1.2. 362 Т а б л и ц а 5.3. Пример расчета осевой предкамерной турбины ЖРД й о о Обоэва- ченне Наименование величины Номер формулы Значение Примечание Йсходныг данном Мощность турбины 4300 кВт Угловая скорость Расход газа глт Ров То же Задана Ре 7 ее То же Задан Рассчитамаемыв и выбираемые величины а) определение олруъсной скорости и среднего диаметра турбины 1,4 6,5 !Ов Дж/кг йе ад (4.3) !О (2. 171) !37 Лет Принимаем е = 1, так как н,т ) 50 (см. равд, 4.5.4.2) Задаемся 12 !3 Степень реактивно- сти Отношение скоро- стей 0,2 Рт ш'сад Выбираем с по- ' мощью рис.
4.38 (см. равд. 4.4.1) См. пп. 14 и 15 14 0,52 360 и/с !88 и!с 0,156 и Адиабатная скорость Окружная скорость Средний диаметр 15 16 17 (5. 105) сад опор б) определение елсоты сопловой решетки (4.10) 5,2. 10" Дж/кг 1-етад !8 322,5 м)с 19 4. 83) с„д 20 0,975 Задаемся Полное давление на входе Давление на выходе Температура тормо- жении на вхоле Газовая постоянная Показатель адиаба- ты Степень понижения давления Удельная адиабат- иая работа турбины Коэффициент бы- строходности Степень парциаль- ности Удельная адиабатная работа соплового аппарата Адиабатная скорость истечения иэ соплового аппарата К Скоростной коэффициент (в первом приближении) 2410 рад/с 85 кг!с 14 МПа 10 МПа 700 К 280 Дж!(кг К) 1,33 Получена при расчете ТНА (см.
равд. 5.10.2.2) Получена при расчете насосов Получен при расчете ТНА То же Продолуввнив табл. 5.5 ц о м о л Обозна- чение .Номер формулы Наэмеэоэанне величины Значение Примечание 314 и!с (4.18) 21 472 м(с 0,665 (5.! 22) 24 25 24' 0,024 м Задаемся (4. 61) олловои решвалки 90' Задаемся 28 29 30 Относительный шаг 31 Задаемся в диапа- зоне оптимальных значений Определяем по ха- рактеристикам ре- шетки Задаемся См.
пп. 31 и 34 0,79 Угол установки ло- патки 45' 20' 32 Ширина решетки Хорда лопатки Шаг решетки Число согиовых ло- паток Относительная вы- сота лопатки Коэффициент потерь в решетке 33 34 35 36 дс дл.с (с эс 0,013 м 0,0183 м 0,0145 м 34 (5.! 15) (5 !16) (5. 117) "с дл,с 37 См пп 27 и 34 1,31 38 Определяем по ха- рактеристикам решетки 0,05 Схоростной коэффициент решетки г) олрвдвл Полное давление Статическое давление Статическая темпе. ратура 39 (2.1 80) 0,975 еалров лото (4.37) (5. 106) ка в овевал 13,7 МПа 108 МПа ение ларам зазоре 40 41 раг рг См.
п. 23 См. п. 23 42 (5. 107) 7'х 657 К 364 Скорость иа выходе сг иа соплового аппарата (в первом приближении) Критическая ско- а, нр (5.122) ость звука 1риэеденнэя око- )т а рость Приведенный расход д ()м ) (5.112) 0,865 Коэффициент полно- ог (2 178) 0,98 го давления Угол потока ит Высота сопловой ло- Ьс латка (э первом приближении) в) определение ларалшпров с Угол потока на иа входе Число Маха, под.
М,,„(5.111) 0,652 считанное по адиабатной скорости Эффективный угол ах эф (5.!23) 22а 1О' решетки П р и м е ч а н и е. Профиль С-9022А выбираем по работе [3). б о и о и Обозна- чение Н омер формулы Наименован ие величины Значение Примечание 58,7 кг/ьд 498 и/с 0,63 158 м/с (5.
108) (5.1 1О) (5. 109) (5.!! 3) См. п, 42 43 44 45 46 Рт аг Мт мт 47 (4.8) 668 К 7 вы, 46! м/с (4.22) аир ш 0,343 49 (4.22) 0,512 0,32 50 51 (5.112) (5.! 1 1) м,„ рвш, (4. 9) 11,4 МПа 52 д) опред Высота лопатки иа входе елеиие пар Лтл 53 (4.54) 226 м/с 55 (4.20) шв ад йшз вд шз вд 56 0,493 (4.22) 57 (5. ! 1 !) 0,465 0,95 Задаемся 2!5 и/с 59 (4.21) 60 0,469 (4.
22) д(йш) (5. 1! 2) (2. 179) 61 62 0,70 0,99 Принимаем йвл = =- йгл 29' 63 (4.73) 365 Плотность газа Скорость звука Число Маха Относительная скорость на входе в рабочую решетку Температура торможения в относительном движении Критическая скорость звука в относительном движении Приведенная скорость Приведенный расход Число Маха в относительном движении Полное давление в относительном дви- жении Угол потока на вхо. де Лдиабатная скорость на выходе из колесз Приведенная адиабатная скорость Число Маха, подсчитанное по адиабатной скорости Скоростной козффицпент (в первом приближении) Относительная скорость на выходе из колеса Приведенная скорость Приведенный расход Коэффициент полного давления Угол потока на выходе в относительном движении Продолжение табл.
5.3 аметров рабочей решетки (4.72) 0,027-м Задаемся Л/)п = =2 1О з и; Ьб,т= — 10 — з,„ Продолжение табл. б.д 8 о о о Осовнв- чвннв Наименование величины Номер формулы Зввченнв Примечание 24' 30' Зффективиый угол решетки Принимаем й = = 1,08 (5. 124) П р и м е ч а н и е. Профиль С =- 6030А выбираем по работе [3). 65 Относительный шаг Задаемся в диапазове оптимальных значений Определяется по характеристикам решетки Задаемся См. пп. 65 и 68 0,657 66' 40' 66 Угол установки ло- патки 67 68 69 70 Ширина решетки Хорда лопатки Шаг решетки Число лопаток ко- леса Относительная вы- сота лопатки Коэффициент потерь в решетке д» дл.к Гк ак 0,0!5 м 0,0165 и 0,0107 м 46 (5. 115) ~5. 116~ йл1дл.к См.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
