Выбор параметров и газодинамический расчет осевых компрессоров и турбин авиационных ГТД (стр. 3 )

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента, учитывающего понижение КПД охлаждаемой ступени турбины, от относительного расхода охлаждаемого воздуха

При условии равенства КПД входящих в турбину ступеней значение КПД турбины определяется по графику (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Зависимость КПД турбины от степени понижения давления в турбине (а) и степени

В многоступенчатых турбинах .

Как показывает опыт проектирования ТРДД, турбина одновального газогенератора выполняется одно - или двухступенчатой.

При выборе числа ступеней следует иметь ввиду, что КПД 2-х ступенчатой турбины выше, чем одноступенчатой, а диаметр двухступенчатой турбины меньше одноступенчатой. Одноступенчатая турбина имеет лучшие массовые характеристики, меньшую меридиальную протяженность и требует меньшего количества охлаждающего воздуха. Однако однозначно ответить о целесообразном числе ступеней нельзя.

Величину рекомендуется выбирать в пределах:

=0,48…0,5 – для одноступенчатой турбины газогенератора;

=0,54…0,58 – для двухступенчатой турбины.

Меньшие значения соответствуют более нагруженной турбине, так как при заданной окружной скорости в ступени срабатывается больший теплоперепад. Последнее приводит к большим углам поворота потока в турбинных решетках.

В примере выбираем . Тогда, выбрав для охлаждаемой ступени и , определяем

880,57.

Окружная скорость на среднем диаметре

425,29.

Если же выбирается двухступенчатая турбина, то для быстрого снижения температуры газа работа по ступеням распределяется так, чтобы первая ступень нагружалась больше:

Окончательный выбор числа ступеней рекомендуется проводить после определения относительных высот рабочих лопаток для вариантов турбины с z =1 и z =2, и сравнения этих величин с рекомендуемыми (см. пункт 15 настоящего раздела).

9.  Температура газа за турбиной

1146,98К.

Температура газа за первой ступенью турбины (для случая z =2), т. е. на входе во вторую ступень, определяется по аналогичной формуле

.

10.  Температура в корневом сечении неохлаждаемых рабочих лопаток второй ступени турбины (или первой при z =1)

1163,32К.

Для турбинных лопаток, выполненных из современных жаропрочных материалов, допускаемая температура ограничивается величиной К.

Так как температура лопатки в примере оказывается выше нижнего предела допускаемой величины, то необходимо обеспечить ее охлаждение.

Более подробно охлаждение лопаток рассматривается ниже (см. раздел 3.2), здесь же, используя статистические данные по системам охлаждения, оценим предварительно запас прочности рабочих лопаток последней и первой ступени турбины газогенератора (для случая z =2), исходя из температуры газа перед этими ступенями, т. е. и .

При К – используется внутренняя конвективная система воздушного охлаждения.

При К – внутренняя конвективная с дефлектором.

При К – конвективно-пленочная система охлаждения.

При К – пористая и проницаемая система охлаждения.

Эффективность системы охлаждения характеризуется безразмерной температурой :

0,2…0,25 – при внутренней конвективной системе;

0,3…0,4 – при внутренней конвективной с дефлектором;

0,4…0,45 – при конвективно-пленочной системе;

0,45…0,6 – при пористой и проницаемой системе.

По температуре выбирается целесообразная схема охлаждения рабочих лопаток и величина безразмерной температуры . В случае двухступенчатой турбины выбор схемы охлаждения и величины для второй ступени осуществляется по температуре .

Определяется температура рабочей лопатки с учетом ее охлаждения

,

где , – температура охлаждающего воздуха, принимаемая в первом приближении равной температуре воздуха за компрессором газогенератора.

.

В примере

К;

;

К.

11.  Задается запас прочности рабочих лопаток второй ступени турбины (при z =1 для первой ступени)

Выбираем .

Для пассажирской и транспортной авиации время работы двигателя на расчетном режиме рекомендуется выбирать в пределах ч. Для маневренных самолетов ч.

12.  По температуре , выбираемому ресурсу и принятому материалу лопаток по графику (см. рис. 1.5) определяется предел длительной прочности этого материала (, или ).

Рис. 1.5. Зависимость предела длительной прочности жаропрочных материалов от температуры и ресурса

В примере выбрано: ч, МПа, материал ЭИ-929.

13.  Допустимое напряжение растяжения в корневом сечении рабочих лопаток последней ступени турбины

.

Так как в примере выбрано z =1, то определяем для первой ступени МПа.

14.  Для двухступенчатой турбины газогенератора определяется напряжения растяжения у корня рабочих лопаток первой ступени

,

где .

Проверяется запас прочности для лопаток первой ступени турбины, предварительно выбрав для нее материал