Расчет компрессора высокого давления

Министерство образования и науки Российской Федерации.

Самарский государственный аэрокосмический университет

Имени академика С. П. Королёва

Кафедра теории двигателей летательных аппаратов



















Расчётно-пояснительная записка к курсовой работе

Вариант 12





Выполнил:

Студент Быков В. А., гр242а.

Проверил:

















г. Самара 2010


РЕФЕРАТ



Курсовая работа

Пояснительная записка: стр., рис., табл., источника.

Газовый поток, компрессор, камера сгорания, турбина, сопло.

В курсовой работе выполнен расчёт авиационного двигателя


Содержание



Исходные данные для расчёта

Принятые обозначения

Введение

Компрессор наружного контура (вентилятор)

Компрессор низкого давления

Компрессор высокого давления

Камера сгорания

Турбина высокого давления

Турбина низкого давления

Удельные параметры двигателя и часовой расход топлива

Проектный расчёт основных параметров компрессора высокого давления. Расчёт диаметральных размеров компрессора ВД

Заключение

Список использованной литературы


Исходные данные для расчёта






Принятые обозначения



G – массовый расход кг/с.

P – давление, кПа, тяга, кН.

T – температура, К.

 - плотность, кг/м3 , степень реактивности.

 - коэффициент восстановления полного давления.

 - степень повышения давления рабочего тела.

L – удельная работа, кДж/кг.

 - коэффициент полезного действия.

U – окружная скорость м/с.

R – радиус м, газовая постоянная кДж/кг*К.

D – диаметр м.

 - приведенная скорость.

w – относительная скорость м/с.

c – абсолютная скорость м/с.

a – скорость звука м/с.

 - угол потока в относительном движении град.

 - угол потока в абсолютном движении, град.

F – площадь м2.

 - приведённая плотность тока.

 - угол изгиба лопатки, град.

 - угол поворота потока, град.

t – шаг решётки профилей, мм.

b – хорда профиля, мм.

b/t – густота решётки.

z – число лопаток.

 - угол установки профиля в решётке, град.

 - угол отставания потока в решётке, град. 

n – частота вращения, мин-1.

m – степень двухконтурности.


Введение



Проводится расчёт двигателя JT9D20. В данной работе проведён расчёт основных термогазодинамических характеристик двигателя, а также расхода, температуры, число оборотов ротора. Частично рассчитана геометрия канала компрессора.


Компрессор наружного контура (вентилятор)



Расход через наружный контур: 







2. Степень повышения давления в вентиляторе: 

3. Уточняется КПД вентиляторных ступеней: тип ступени вентилятора трансзвуковой т.к.  Принимаем , тогда 

4. Давление за вентилятором: 

5. Работа сжатия воздуха в вентиляторе:







6. Температура воздуха на выходе из вентилятора:







Компрессор низкого давления.

7. Расход воздуха через внутренний контур:







8. Степень повышения давления в контуре задана: 

9. КПД компрессора низкого давления задан: 

10. Работа сжатия воздуха в компрессоре НД:







11. Температура воздуха на выходе из компрессора НД:







12. Давление воздуха на выходе из компрессора НД:







Компрессор высокого давления.

13. Давление на входе в компрессор высокого давления:







14. Температура на входе в компрессор ВД: 

15. Степень повышения давления в компрессоре ВД задана: 

16. КПД компрессора ВД задан: 

17. Работа сжатия в компрессоре ВД:







18. Температура воздуха на выходе из компрессора ВД:





19. Давление на выходе из компрессора ВД:







Камера сгорания.

20. Температура газа перед турбиной, задана: 

21. Коэффициент полноты сгорания: 

22. Величина относительного расхода топлива:







где qmo определяется по графику зависимости 

23. Определим расход воздуха на килограмм топлива:



 - расход топлива в сек.

 - кг воздуха/кг топлива.



Величина коэффициента избытка воздуха:







24. Определим относительный расход воздуха на охлаждение турбины по зависимости от . При температуре в 1440К, 

Расход воздуха через камеру сгорания:







25. Расход топлива: 

26. Коэффициент восстановления полного давления в КС задан: 



Турбина высокого давления.

27. Давление на выходе из КС: 







28. Расход газа через турбину ВД: 







29. Работа, совершаемая газом в турбине ВД:







30. Температура газа за турбиной ВД:



, где 



31. КПД турбины ВД задан: 

32. Степень понижения давления в турбине ВД:





33. Давление газа на выходе из турбины ВД: 







Турбина низкого давления.

34. Расход газа через турбину низкого давления:







У нас температура более 1200К, поэтому выбираем GВохлНД по зависимости 

35. Работа газа совершаемая в турбине НД:







36. КПД турбины низкого давления задано: 

37. Степень понижения давления в турбине НД:







38. Давление за турбиной НД: 






39. Температура газа за турбиной НД: 







Мой ТРДД JT9D20 не имеет камеру смешения перед соплом.

47. Расход через сопло внутреннего контура:







48. Степень понижения давления в сопле внутреннего контура:







49. Скорость истечения газа из сопла внутреннего контура:







50. Приведённая скорость на выходе из сопла внутреннего контура:







51. Величина эффективной площади выходного сопла внутреннего контура:







52. Степень понижения давления в сопле наружного контура:







53. Скорость истечения газа из сопла наружного контура:









54. Приведённая скорость на выходе из сопла наружного контура:







55. Величина эффективной площади выходного сечения сопла наружного контура:







Удельные параметры двигателя и часовой расход топлива.

56. Величина удельной тяги:





57. Удельный расход топлива:







58. Часовой расход топлива:







В результате выполнения термогазодинамического расчёта основные узлы ТРДД – лопаточные машины – характеризуются следующими параметрами:

Вентилятор:    



  



Компрессор НД:    



  



Компрессор ВД:    



  


Турбина ВД:    



    

 

Турбина НД:   

    

  



Проектный расчёт основных параметров компрессора высокого давления.

Расчёт диаметральных размеров компрессора ВД.

59. Выбирается величина осевой скорости С1а на входе в компрессор ВД. Обычный диапазон  Для примера расчёта принимаем: 



60. Приведённая абсолютная скорость на входе в компрессор ВД:







Т.к. входного направляющего аппарата нет, принимаем . Значение коэффициента неравномерности потока КС выбирается из диапазона 0,97…0,98. Для примера расчёта примем КС=0,98. По  находим .

61. Необходимая кольцевая площадь на входе в компрессор ВД:





62. Выбирается величина скорости С3 на выходе из компрессора. Обычно  Для расчёта принимаем 

63. Приведённая абсолютная скорость на выходе из компрессора:







Для  значение 

64. Кольцевая площадь на выходе из компрессора ВД:







65. Выбирается относительный диаметр втулки на выходе из компрессора ВД. Обычно для ТРДД d3=0,87…0,92. В нашем примере принимаем d3=088.

66. По прототипу определяется форма проточной части. (Dk=const, DCP=const, DBT=const). Относительный диаметр втулки на входе:

Принимаем для расчёта DВТ=const.









67. Наружный диаметр входного сечения компрессора ВД:





68. Внутренний диаметр входного сечения компрессора ВД:







69. Высота лопатки на входе в компрессор ВД:







70. Наружный диаметр на выходе из компрессора:







71. Внутренний диаметр компрессора ВД в выходном сечении: 







72. Высота лопатки на выходе из компрессора:







73. Средний диаметр компрессора НД:









74. Назначается окружная скорость U1K на наружном диаметре первой ступени компрессора ВД и определяется частота его вращения.

Принимаем U1К как для дозвукового компрессора U1K=350м/с. Тогда:



75. Проверяем оптимальной значение коэффициента расхода. Для первой ступени  должна быть в диапазон 0,6…0,9.







Величина  попадает в заданный промежуток 0,6…0,9 всё нормально.

Для последних ступеней компрессора обычно  У меня:







Результат удовлетворяет условию 

76. Определяется предварительное значение числа ступеней компрессора. Для этого средний коэффициент затраченного напора ступени компрессора ВД  Для дозвуковой ступени принимаем: 

Потребное число ступеней: 






Построение меридионального сечения проточной части компрессора ВД.

77. Ширина венца лопаток первой ступени определяется по величине удлинения , где S1 – ширина лопаток первой ступени у втулки, а  - удлинение лопатки. Для дозвуковой части ступени  Принимаем 







78. Ширина лопаток входного направляющего аппарата также определятся через величину удлинения, которая определяется диапазоном  Принимаем  

79. Ширина лопаток первого направляющего аппарата у втулки:



 



80. Величина удлинения рабочих лопаток последних ступеней выбирается из диапазона  Принимаем 

81. Ширина венца рабочих лопаток последней ступени:







82. Удлинение выходного направляющего аппарата последней ступени, являющегося силовым элементом конструкции  Принимаем 

83. Ширина венца направляющих лопаток последней ступени.







84. Осевой зазор между ВНА и лопатками РК, а также осевой зазор между лопатками РК и НА обычно принимают равным .

Примем  Осевой зазор между РК и НА первой ступени тот же, т.е. 

85. Осевой зазор между РК и НА последней ступени:







86. Радиальный зазор между торцами рабочих лопаток и корпусом обычно выбирают в диапазоне 

Для первой ступени принимаем 

Для последней ступени принимаем: 


Заключение



Проведён расчёт двигателя JT9D20 его основных термогазодинамических характеристик, а также расхода, температуры, число оборотов ротора. Рассчитана геометрия канала компрессора. Построены графики изменения ширины венца лопаток по ступеням каскада. Проведено построение проточной части компрессора ВД.


Список использованной литературы



1) Методическая литература: «Газодинамическое проектирование ТРДД с элементом термогазодинамического расчёта двигателя.» Н. Т. Тихонов, Н. Ф, Мусаткин, В. С. Кузьмичёв, Самара гос. Аэрокосм. Университет 1997, 52с..

2) Кузьмичёв, Трофимов «Проектный расчёт основных параметров авиационного ГТД». Куйбышев КУАИ 1984г.

3) Белоусов, Мусаткин «Проектный термогазодинамический расчёт основных параметров авиационных лопаточных машин».

4) «Иностранные авиационные ГТД» справочник ЦИАМ.