NA letecké motory zahrnují všechny typy tepelných motorů používaných jako pohonná zařízení pro letadla leteckého typu, tj. zařízení využívající aerodynamické kvality k pohybu, manévrování atd. v atmosféře (letadla, vrtulníky, řízené střely tříd "B-B", "V-3" , "3-V", "3-3", letecké systémy atd.). To znamená širokou škálu použitých motorů - od pístových až po raketové.

Letecké motory (obr. 1) se dělí do tří širokých tříd:

• píst (PD);
• vzduchový proud (WFD počítaje v to GTD);
• střela (RD nebo RKD).

Poslední dvě třídy podléhají podrobnější klasifikaci, zejména třída WFD.

Podle princip komprese vzduchu WRD se dělí na:

• kompresor tj. včetně kompresoru pro mechanické stlačování vzduchu;
• bez kompresoru :
  • jednorázové WFD ( SPVRD) se stlačováním vzduchu pouze z rychlostního tlaku;
  • pulsující WFD ( PUVRD) s přídavným stlačováním vzduchu ve speciálních přerušovaných plynodynamických zařízeních.

Třída raketových motorů LRE označuje také kompresorový typ tepelných motorů, protože v těchto motorech je pracovní tekutina (palivo) stlačována v kapalném stavu v turbočerpadlových jednotkách.

Raketový motor na tuhá paliva (RDTT) nemá speciální zařízení pro stlačování pracovní tekutiny. Provádí se na začátku spalování paliva v polouzavřeném prostoru spalovací komory, kde je umístěna palivová náplň.

Podle princip fungování existuje rozdělení: PD A PUVRD pracovat v cyklu časopis akce, zatímco WFD, GTD A RKD cyklus se provádí kontinuální akce. To jim dává výhody z hlediska relativního výkonu, tahu, hmotnosti atd., které určovaly zejména účelnost jejich použití v letectví.

Podle princip proudového tahu WRD se dělí na:

• motory s přímou reakcí;
• motory nepřímé reakce.

Motory prvního typu vytvářejí přímo tažnou sílu (tah P) - to je vše raketové motory (RKD), proudový bez přídavného spalování a s komorami přídavného spalování ( TRD A TRDF), proudový obtok (turboventilátor A TRDDF), jednorázové nadzvukové a nadzvukové ( SPVRD A scramjet), pulsující (PUVRD) a četné kombinované motory.

Plynové turbínové motory s nepřímou reakcí (GTD) jimi generovaný výkon přenášejí na speciální vrtuli (vrtule, vrtule, hlavní rotor vrtulníku atd.), která vytváří tažnou sílu na stejném principu proudění vzduchu ( turbovrtulový , turbopropfan , turbohřídel motory - TVD, TVVD, TVGTD). V tomto smyslu třída WFD spojuje všechny motory, které vytvářejí tah na principu air-jet.

Na základě uvažovaných typů motorů jednoduchých obvodů je řada kombinované motory , spojující vlastnosti a výhody motorů různých typů, například tříd:

• proudové motory - TRDP (TRD nebo turboventilátor + SPVRD);
• raketový nápor - RPD (LRE nebo RDTT + SPVRD nebo scramjet);
• raketová turbína - RTD (TRD + LRE);

a mnoho dalších kombinací motorů složitějších schémat.

Pístové motory (PD)

Dvouřadý radiální 14válcový vzduchem chlazený pístový motor. Obecná forma.

pístový motor (Angličtina) pístový motor ) -

Klasifikace pístových motorů. Letecké pístové motory lze klasifikovat podle různých kritérií:

• Podle druhu použitého paliva- pro motory s lehkým nebo těžkým palivem.
• Podle způsobu míchání- u motorů s vnější tvorbou směsi (karburátor) a motorů s vnitřní tvorbou směsi (přímé vstřikování paliva do válců).
• Podle způsobu zapálení směsi- pro zážehové a vznětové motory.
• Podle počtu úderů- pro dvoudobé a čtyřdobé motory.
• V závislosti na způsobu chlazení- pro kapalinou a vzduchem chlazené motory.
• Podle počtu válců- pro čtyřválcové, pětiválcové, dvanáctiválcové motory atd.
• Podle umístění válců- řadový (s válci uspořádanými v řadě) a hvězdicový (s válci uspořádanými do kruhu).

Řadové motory se zase dělí na motory jednořadé, dvouřadé ve tvaru V, třířadé ve tvaru W, čtyřřadé ve tvaru H nebo X. Axiální motory se také dělí na jednořadé, dvouřadé a víceřadé.

• Podle povahy změny výkonu v závislosti na změně nadmořské výšky- pro výškové, tzn. motory, které si zachovávají výkon, když letadlo stoupá do výšky, a motory pro malé výšky, jejichž výkon klesá s rostoucí výškou letu.
• Způsob pohonu vrtulí- pro motory s přímým převodem na vrtuli a převodové motory.

Moderní letecké pístové motory jsou čtyřdobé hvězdicové motory, které běží na benzín. Válce pístových motorů jsou obvykle chlazeny vzduchem. Dříve se v letectví používaly i pístové motory s vodou chlazenými válci.

Spalování paliva v pístovém motoru probíhá ve válcích, přičemž tepelná energie se přeměňuje na mechanickou energii, protože pod tlakem vznikajících plynů se píst pohybuje vpřed. Translační pohyb pístu se zase převádí na rotační pohyb klikového hřídele motoru přes ojnici, která je spojovacím článkem mezi válcem s pístem a klikovou hřídelí.

Motory s plynovou turbínou (GTE)

Motor s plynovou turbínou - tepelný motor určený k přeměně energie spalování paliva na kinetickou energii tryskového proudu a (nebo) na mechanickou práci na hřídeli motoru, jehož hlavními prvky jsou kompresor, spalovací komora a plynová turbína.

Jednohřídelové a vícehřídelové motory

Nejjednodušší motor s plynovou turbínou má pouze jednu turbínu, která pohání kompresor a zároveň je zdrojem užitečného výkonu. To omezuje provozní režimy motoru.

Někdy je motor vícehřídelový. V tomto případě je několik turbín v sérii, z nichž každá pohání vlastní hřídel. Vysokotlaká turbína (první po spalovací komoře) pohání vždy kompresor motoru a další mohou pohánět jak externí zátěž (vrtule vrtulníku nebo lodí, výkonné elektrocentrály apod.), tak přídavné kompresory samotného motoru, umístěný před hlavním.

Výhodou vícehřídelového motoru je, že každá turbína pracuje s optimálními otáčkami a zatížením. Se zátěží poháněnou z hřídele jednohřídelového motoru by odezva motoru na plyn, tedy schopnost rychle se roztočit, byla velmi špatná, protože turbína potřebuje dodávat energii jak pro zajištění motoru. velké množství vzduchu (výkon je omezen množstvím vzduchu) a k urychlení zátěže. U dvouhřídelového schématu se do režimu rychle dostává lehký vysokotlaký rotor, který dodává motoru vzduch a nízkotlaké turbíně velké množství plynů pro zrychlení. Je také možné použít méně výkonný startér pro akceleraci při spouštění pouze vysokotlakého rotoru.

Proudový motor (TRD)

Proudový motor (Angličtina) proudový motor ) - tepelný motor, který využívá plynovou turbínu a proudový tah se vytváří, když produkty spalování vytékají z proudové trysky. Část práce turbíny je vynaložena na stlačování a ohřev vzduchu (v kompresoru).

Schéma proudového motoru:
1. vstupní zařízení;
2. axiální kompresor;
3. spalovací komora;
4. lopatky turbíny;
5. tryska.

U proudového motoru je komprese pracovní kapaliny na vstupu do spalovacího prostoru a vysoké hodnoty průtoku vzduchu motorem dosaženo díky kombinovanému působení protisměrného proudu vzduchu a kompresoru umístěného v traktu TRD bezprostředně za vstupní zařízení, před spalovací komorou. Kompresor je poháněn turbínou namontovanou na stejném hřídeli s ním a běžící na stejnou pracovní tekutinu, ohřívanou ve spalovací komoře, z níž se vytváří proud. Ve vstupním zařízení se statický tlak vzduchu zvyšuje v důsledku zpomalování proudu vzduchu. V kompresoru se celkový tlak vzduchu zvyšuje v důsledku mechanické práce, kterou kompresor vykonává.

Tlakový poměr v kompresoru je jedním z nejdůležitějších parametrů proudového motoru, protože na něm závisí efektivní účinnost motoru. Pokud u prvních vzorků proudových motorů byl tento ukazatel 3, pak u moderních dosahuje 40. Pro zvýšení plynodynamické stability kompresorů se vyrábějí ve dvou stupních. Každá z kaskád pracuje vlastní rychlostí a je poháněna vlastní turbínou. Hřídel 1. stupně kompresoru (nízkotlaký), otáčený poslední (nejnižší rychlostí) turbínou, prochází v tomto případě uvnitř dutého hřídele kompresoru druhého stupně (vysokotlaký). Stupně motoru se také nazývají nízkotlaké a vysokotlaké rotory.

Spalovací prostor většiny proudových motorů má prstencový tvar a hřídel turbíny-kompresor prochází uvnitř prstence komory. Při vstupu do spalovací komory je vzduch rozdělen do 3 proudů:

• primární vzduch- vstupuje předními otvory ve spalovacím prostoru, zpomaluje před vstřikovači a přímo se podílí na tvorbě směsi paliva a vzduchu. Přímo se podílí na spalování paliva. Směs paliva a vzduchu v zóně spalování paliva podle WFD má blízko stechiometrickému složení.
• sekundární vzduch- vstupuje bočními otvory ve střední části stěn spalovací komory a slouží k jejich chlazení vytvořením proudu vzduchu s mnohem nižší teplotou než ve spalovací zóně.
• terciární vzduch- vstupuje speciálními vzduchovými kanály ve výstupní části stěn spalovací komory a slouží k vyrovnání teplotního pole pracovní tekutiny před turbínou.

Směs plynu a vzduchu expanduje a část její energie se v turbíně přeměňuje přes lopatky rotoru na mechanickou energii otáčení hlavního hřídele. Tato energie je vynakládána především na provoz kompresoru, dále se využívá k pohonu motorových jednotek (čerpadla posilovače paliva, olejová čerpadla atd.) a pohonu elektrických generátorů, které dodávají energii různým palubním systémům.

Hlavní část energie expandující směsi plynu se vzduchem je využita k urychlení proudu plynu v trysce, který z ní vytéká a vytváří proudový tah.

Čím vyšší je teplota spalování, tím vyšší je účinnost motoru. Aby se zabránilo zničení částí motoru, používají se žáruvzdorné slitiny vybavené chladicími systémy a povlaky tepelné bariéry.

Proudový motor s přídavným spalováním (TRDF)

Proudový motor s přídavným spalováním - úprava proudového motoru, používaná především na nadzvukových letounech. Od proudového motoru se liší přítomností přídavného spalování mezi turbínou a tryskou. Do této komory se speciálními tryskami dodává další množství paliva, které se spaluje. Spalovací proces je organizován a stabilizován pomocí předního zařízení, které zajišťuje míchání odpařeného paliva a hlavního proudu. Zvýšení teploty spojené se vstupem tepla do přídavného spalování zvyšuje dostupnou energii produktů spalování a následně i rychlost výfuku z trysky. V souladu s tím se také zvýší tah proudu (přídavné spalování) až o 50 %, ale spotřeba paliva se prudce zvýší. Motory s přídavným spalováním se obecně nepoužívají v komerčním letectví kvůli jejich nízké spotřebě paliva.

Dvouokruhový proudový motor (TRDD)

Prvním, kdo navrhl koncepci turboventilátorového motoru v tuzemském průmyslu leteckých motorů, byl A. M. Lyulka (Na základě výzkumu prováděného od roku 1937 podal A. M. Lyulka žádost o vynález obtokového proudového motoru. Certifikát o autorských právech byl udělen 22. dubna, 1941.)

Dá se říci, že od 60. let 20. století do dnešního dne v průmyslu leteckých motorů éra turboventilátorových motorů. Turboventilátorové motory různých typů jsou nejběžnější třídou turboventilátorových motorů používaných v letadlech, od vysokorychlostních stíhacích stíhačů s nízkými obtokovými turbodmychadly až po obří komerční a vojenská dopravní letadla s vysokými obtokovými turbodmychadly.

Schéma proudového obtokového motoru:
1. nízkotlaký kompresor;
2. vnitřní obrys;
3. výstupní proud vnitřního obvodu;
4. výstupní proud vnějšího okruhu.

Základ obtokové proudové motory byl zaveden princip připojení přídavné hmoty vzduchu k proudovému motoru procházející vnějším okruhem motoru, což umožňuje získat motory s vyšší letovou účinností oproti běžným proudovým motorům.

Po průchodu vstupem vzduch vstupuje do nízkotlakého kompresoru, nazývaného ventilátor. Po ventilátoru je vzduch rozdělen na 2 proudy. Část vzduchu vstupuje do vnějšího okruhu a obchází spalovací komoru a vytváří tryskový proud v trysce. Další část vzduchu prochází vnitřním okruhem zcela shodným s výše uvedeným turbodmychadlem s tím rozdílem, že posledními stupni turbíny u turbodmychadlového motoru jsou pohon ventilátoru.

Jedním z nejdůležitějších parametrů turbodmychadlového motoru je obtokový poměr (m), tedy poměr průtoku vzduchu vnějším okruhem k průtoku vzduchu vnitřním okruhem. (m \u003d G 2 / G 1, kde G 1 a G 2 jsou průtok vzduchu vnitřním a vnějším okruhem.)

Když je obtokový poměr menší než 4 (m<4) потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 - proudy jsou vypouštěny odděleně, protože míchání je obtížné kvůli značnému rozdílu tlaků a rychlostí.

Turboventilátorový motor je založen na principu zvýšení letové účinnosti motoru, snížením rozdílu mezi rychlostí výdechu pracovní kapaliny z trysky a rychlostí letu. Snížení tahu, které způsobí snížení tohoto rozdílu mezi otáčkami, je kompenzováno zvýšením průtoku vzduchu motorem. Důsledkem zvýšení průtoku vzduchu motorem je zvětšení plochy přední části sání motoru, což má za následek zvětšení průměru sání motoru, což vede ke zvýšení jeho odporu a Hmotnost. Jinými slovy, čím vyšší je obtokový poměr, tím větší je průměr motoru, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné.

Všechny turboventilátorové motory lze rozdělit do 2 skupin:

• se směšovacími toky za turbínou;
• bez míchání.

V turboventilátorovém motoru se směsí proudů ( TRDDsm) proudění vzduchu z vnějších a vnitřních okruhů vstupuje do jediné směšovací komory. V směšovací komoře se tyto proudy mísí a opouštějí motor jedinou tryskou s jedinou teplotou. TRDSM jsou efektivnější, nicméně přítomnost směšovací komory vede ke zvětšení rozměrů a hmotnosti motoru

Motory s turbodmychadlem, stejně jako motory s turbodmychadlem, mohou být vybaveny nastavitelnými tryskami a přídavným spalováním. Zpravidla se jedná o turboventilátorové motory s nízkými obtokovými poměry pro nadzvuková vojenská letadla.

Vojenský turboventilátor EJ200 (m=0,4)

Obtokový proudový motor s přídavným spalováním (TRDDF)

Dvouokruhový proudový motor s přídavným spalováním - úprava turbodmychadlového motoru. Liší se přítomností komory přídavného spalování. Našel široké uplatnění.

Produkty spalování opouštějící turbínu se mísí se vzduchem přicházejícím z vnějšího okruhu a poté se teplo dodává do celkového proudu v přídavném spalování, které funguje na stejném principu jako v TRDF. Produkty spalování v tomto motoru proudí z jedné společné trysky. Takový motor se nazývá dvouokruhový motor se společným přídavným spalováním.

TRDDF s vychylovatelným vektorem tahu (OVT).

Řízení vektoru tahu (VCT) / odchylka vektoru tahu (VVT)

Speciální rotační trysky u některých motorů s turbodmychadlem (F) umožňují vychylovat proud pracovní tekutiny proudící z trysky vzhledem k ose motoru. OVT vede k dalším ztrátám tahu motoru v důsledku dodatečné práce na otáčení proudění a komplikuje ovládání letadla. Tyto nedostatky jsou však plně kompenzovány výrazným zvýšením manévrovatelnosti a snížením rozjezdu letadla při vzletu a přistání až po vertikální vzlet a přistání včetně. OVT se používá výhradně ve vojenském letectví.

Turboventilátor s vysokým obtokem / motor s turbodmychadlem

Schéma turboventilátorového motoru:
1. ventilátor;
2. ochranná kapotáž;
3. turbodmychadlo;
4. výstupní proud vnitřního obvodu;
5. výstupní proud vnějšího okruhu.

turboventilátorový motor (Angličtina) turboventilátorový motor ) je turbodmychadlový motor s vysokým obtokovým poměrem (m>2). Zde je nízkotlaký kompresor přeměněn na ventilátor, který se od kompresoru liší menším počtem kroků a větším průměrem a horký proud se prakticky nemísí se studeným.

Tento typ motoru využívá jednostupňový ventilátor s velkým průměrem, který zajišťuje vysoký průtok vzduchu motorem při všech rychlostech letu, včetně nízkých vzletových a přistávacích rychlostí. Díky velkému průměru ventilátoru se tryska vnějšího obrysu takových turbodmychadel značně ztěžuje a často se zkracuje pomocí rovnání (pevné lopatky, které otáčejí proud vzduchu v axiálním směru). V souladu s tím většina turboventilátorových motorů s vysokým obtokovým poměrem - žádné míchání.

přístroj vnitřní obrys takové motory jsou podobné proudovému motoru, jehož posledním stupněm turbíny je pohon ventilátoru.

Vnější smyčka Takovým turbodmychadlem je zpravidla jednostupňový velkoprůměrový ventilátor, za nímž je umístěna usměrňovací lopatka z pevných lopatek, které urychlují proudění vzduchu za ventilátorem a roztáčí jej do axiálního směru. vnější obrys končí tryskou.

Vzhledem k tomu, že ventilátor takových motorů má zpravidla velký průměr a stupeň zvýšení tlaku vzduchu ve ventilátoru není vysoký, je tryska vnějšího okruhu takových motorů poměrně krátká. Vzdálenost od vstupu motoru k výstupu trysky s vnějším obrysem může být mnohem menší než vzdálenost od vstupu motoru k výstupu trysky s vnitřním obrysem. Z tohoto důvodu je často tryska vnějšího obrysu zaměňována za kapotáž ventilátoru.

Turboventilátorové motory s vysokým obtokovým poměrem mají dvou- nebo tříhřídelovou konstrukci.

Výhody a nevýhody.

Hlavní výhodou takových motorů je jejich vysoká účinnost.

Nevýhody - velká hmotnost a rozměry. Zejména - velký průměr ventilátoru, který vede k výraznému odporu vzduchu za letu.

Rozsah těchto motorů je komerční letadla na dlouhé a střední vzdálenosti, vojenské dopravní letectví.

Turbovrtulový motor (TVVD)

Turbopropfanový motor (Angličtina) turbopropfanový motor ) -

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Vloženo na http://www.allbest.ru/

Ministerstvo školství a vědy Ruské federace

Federální agentura pro vzdělávání

Státní letecká univerzita v Samaře

pojmenovaný po akademikovi S.P. Královna

Katedra teorie leteckých motorů

Práce na kurzu

na předmětu: "Teorie a výpočet lopatkových strojů"

Konstrukce axiální turbínyletectvímotorJT9 D20

Samara 2008

Cvičení

Provést konstrukční výpočet hlavních parametrů vysokotlakého turbodmychadla a zkonstruovat poledníkový řez vysokotlakou turbínou turbodmychadla JT9D-70A, provést termodynamický výpočet turbíny, kinematický výpočet druhého stupně turbínu a profilujte lopatku oběžného kola do tří částí: objímkové, střední a obvodové části.

Počáteční parametry turbíny jsou známy z termodynamického výpočtu motoru ve vzletovém režimu (H P =0 a MP =0).

Tabulka 1. Počáteční údaje pro návrh turbíny

vysokotlaká turbína
Parametr	Číselná hodnota	Dimenze
T*TND = T*T
R*TND = R*T

Esej

Cvičení o termogasdynamickém návrhu axiální turbíny JT9D20.

Vysvětlivka: 32 stran, 1 obrázek, 2 tabulky, 3 přílohy, 4 zdroje.

TURBÍNA, KOMPRESOR, PRŮTOKOVÁ ČÁST, PRACOVNÍ KOLO, ZAŘÍZENÍ TRYSKY, STUPEŇ, ÚHEL VÝSTUPU PRŮTOKU, EFEKTIVNÍ ÚHEL, ÚHEL NASTAVENÍ PROFILU, MŘÍŽKOVÁ JÍMA, ŠÍŘKA MŘÍŽKY

V této seminární práci byly vypočteny diametrální rozměry vysokotlaké turbíny, zkonstruován poledníkový úsek dráhy proudění, kinematický výpočet stupně při středním průměru a výpočet parametrů pro výšku lopatky s vířením. zákona b = konst byly provedeny s konstrukcí rychlostních trojúhelníků na vstupu na výstupu z RC ve třech sekcích (objímka, obvodová a sekce na středním průměru). Vypočítá se profil lopatky oběžného kola druhého stupně, následuje konstrukce obrysu profilu v mříži ve třech řezech.

Konvence

D - průměr, m;

Relativní průměr pouzdra;

h - výška lopatky, m;

F - plocha průřezu, m 2;

G - hmotnostní průtok plynu (vzduchu), kg/s;

H - výška letu, km; hlava kompresoru, kJ/kg;

i - specifická entalpie, kJ/kg;

k je izoentropický index;

l - délka, m;

M - Machovo číslo;

n - rychlost, 1/min;

Р - tlak, kPa;

Snížená rychlost;

s - rychlost proudění, m/s;

q(), (), () - plynové dynamické funkce;

R - plynová konstanta, kJ/kggrad;

L * k(t) - měrná práce kompresoru (turbíny);

k(t) - účinnost kompresoru (turbíny);

S - osová šířka koruny, m;

T - teplota, K;

Přiřazený zdroj, h;

V - rychlost letu, m/s;

z - počet kroků;

k, t - stupeň zvýšení (snížení) celkového tlaku;

Koeficient obnovení celkového tlaku vzduchu (plynu) v prvcích motoru; napětí v tahu, MPa;

Faktor změny hmotnostního toku;

U - obvodová rychlost, m/s;

Y t * =U t cf /C * t s - parametr zatížení turbíny;

Velikost mezery, m;

U 2 t cf h t out /D cf out - parametr napětí v lopatkách turbíny, m 2 /s 2;

K tk, K tv - přizpůsobení parametrů plynového generátoru, turbodmychadla.

Indexy

a - axiální složka;

c - vzduchová sekce na vstupu kompresoru

průduch - ventilátor

vzl - vzlet;

w - průchodkový úsek;

d - sekce plynů na výstupu z turbíny

k - kompresorová sekce na výstupu z kompresoru

kr - kritické

ks - spalovací komora

n - průřez nerušeného proudění

na - vodicí zařízení;

cool - chlazení;

n - letový parametr, obvodový průměr;

pr - dané parametry;

ps - zádržný stupeň

s - izoentropické parametry;

c - druhý úsek na výstupu z trysky

cp - průměrný parametr;

st - parametr kroku;

t - palivová sekce turbíny na vstupu do turbíny

h - hodinové

* - parametry brzdění.

Zkratky

HP - vysoký tlak;

LP - nízký tlak;

VNA - vstupní vodicí lopatka;

GDF - plynové dynamické funkce

GTE - motor s plynovou turbínou

Účinnost - faktor účinnosti;

ON - vodicí lopatka;

RK - oběžné kolo;

SA - zařízení s turbínovou tryskou;

SAU - standardní atmosférické podmínky

Turboventilátorový motor - proudový obtokový motor.

Úvod

1. Návrhový výpočet hlavních parametrů vysokotlaké turbíny

1.1 Výpočet geometrických a provozních parametrů VT turbíny

1.2 Konstrukce meridionálního úseku dráhy proudění VT turbíny

2. Plynodynamický výpočet VT turbíny

2.1 Rozdělení tepelného spádu po krocích

2.2 Výpočet kroku středním průměrem

2.3 Výpočet efektivního provozu stupně s přihlédnutím ke ztrátám třením kotouče a v radiální vůli

2.4 Výpočet parametrů proudění při různých poloměrech

Závěr

Seznam použitých zdrojů

Úvod

Tato práce obsahuje zjednodušenou verzi plynodynamického výpočtu axiální turbíny, ve které je variantní hledání optimálních (kompromisních) parametrů nahrazeno spolehlivými statistickými doporučeními získanými systemizací materiálů pro výpočet turbín moderních plynových turbínových motorů. Návrh se provádí podle výchozích parametrů získaných při termogasdynamickém výpočtu motoru.

Účelem návrhu axiální letecké turbíny je stanovení hlavních geometrických, kinematických a termodynamických parametrů jako celku a jeho jednotlivých stupňů, které poskytují vypočtené hodnoty specifických a obecných parametrů motoru. Konstrukční úkoly v tomto ohledu zahrnují: výběr hlavních geometrických parametrů projektované turbíny pro dané parametry pracovní tekutiny s přihlédnutím k zamýšlenému účelu motoru s plynovou turbínou; rozložení tepelného spádu přes stupně, výpočet parametrů proudění v mezerách mezi stupni; výpočet průtokových parametrů v prvcích průtokové dráhy druhého stupně turbíny při středním průměru; výběr zákona víření a výpočet změn parametrů proudění podél poloměru (výšky lopatky) projektovaného stupně; provedení profilace pracovních lopatek navrženého stupně.

1. Konstrukční výpočet hlavních parametrů turbíny vysok

tlak

1.1 Výpočet geometrické a režimové parametry HP turbíny

Geometrické parametry turbíny, které mají být určeny, jsou uvedeny na obrázku 1.

Obrázek 1. - Geometrický model axiální turbíny

1. Hodnota poměru D cf / h 2 (h 2 - výška lopatek rotoru na výstupu z VT turbíny) je určena vzorcem

kde e t je parametr napětí, jehož hodnota je obvykle v rozmezí (13 ... 18) 10 3 m 2 / s 2.

Přijímáme e t \u003d 15 10 3 m 2 / s 2. Pak:

Pro dosažení vysoké účinnosti je žádoucí mít. Proto je zvolena nová hodnota. Pak,

2. Vzhledem k hodnotě axiální rychlosti plynu na vstupu do turbíny (C 0 =150 m / s) určete redukovanou axiální rychlost l 0 (l 0 = 0,20 ... 0,25)

Prstencová plocha na vstupu do SA vysokotlaké turbíny:

3. Vypočítejte prstencovou plochu na výstupu z turbíny. K tomu se předběžně odhadne velikost složky axiální rychlosti na výstupu z turbíny. Akceptujeme, že /= 1,5; . Pak

4. Podle zvolené hodnoty se určí výška pracovního listu na výstupu z VT turbíny:

5. Průměrný průměr na výstupu z vysokotlaké turbíny

6. Obvodový průměr na výstupu z ventilu:

7. Průměr objímky na výstupu z ventilu:

8. Tvar průtokové části vypadá takto: Proto:

Výška lopatky trysky na vstupu do turbíny se odhaduje takto:

9. Obvodový průměr tryskového zařízení na vstupu vysokotlaké turbíny:

10. Průměr objímky na vstupu vysokotlaké turbíny:

11. Otáčky rotoru HP turbíny:

1.2 Konstrukce meridionálního úseku tokudíly

HP turbíny

Pro stanovení charakteristických průměrů je nezbytná přítomnost meridionálního tvaru dráhy toku Di v libovolné řídicí sekci kroku, nejen v sekcích "0" a "2". Tyto průměry slouží jako podklad pro provádění např. výpočtu parametrů proudění při různých poloměrech dráhy proudění a také pro návrh řídicích sekcí profilu lopatky.

1. Šířka koruny tryskového zařízení prvního stupně:

přijmout kSA = 0,06

2. Šířka kroužku oběžného kola prvního stupně:

přijmout kRK = 0,045

3. Šířka koruny tryskového zařízení druhého stupně:

4. Šířka kroužku oběžného kola druhého stupně:

5. Axiální vůle mezi tryskovým zařízením a oběžným kolem se obvykle určuje z poměru:

Axiální vůle mezi tryskovým zařízením a oběžným kolem prvního stupně:

6. Axiální vůle mezi oběžným kolem prvního stupně a tryskovým zařízením druhého stupně:

7. Axiální vůle mezi tryskovým zařízením a oběžným kolem druhého stupně:

8. Radiální vůle mezi konci per čepele a tělem se obvykle bere v rozsahu 0,8 ... 1,5 mm. V našem případě bereme:

2 . G azodynamický výpočet turbíny VD

2.1 Distribucesnížení tepelného poklesu po krocích

Termodynamické parametry pracovní tekutiny na vstupu avycházení ze schodů.

1. Najděte průměrnou hodnotu tepelného spádu na krok

.

Tepelný spád poslední fáze se rovná:

Akceptovat:

kJ/kg

Pak: kJ/kg

2. Určete stupeň reaktivity (pro druhý stupeň)

m

; ; .

3. Stanovme parametry termodynamického stavu plynu na vstupu do druhého stupně

; ;

; ; .

4. Vypočítejte hodnotu isentropické práce ve fázi, kdy plyn expanduje na tlak.

Akceptovat:

.

5. Stanovme parametry termodynamického stavu plynu na výstupu ze stupně za podmínky izoentropické expanze z tlaku na:

; .

6. Vypočítejte stupeň redukce plynu ve stupni:

.

7. Určete celkový tlak na vstupu stupně:

,

8. Přijímáme úhel výstupu proudění z RC.

9. Plynodynamické funkce na výstupu ze stupně

; .

10. Statický tlak po proudu

.

11. Termodynamické parametry proudění na výstupu ze stupně za podmínky izoentropické expanze z tlaku na

; .

12. Hodnota isentropické práce ve fázi, kdy plyn expanduje z tlaku do

.

2.2 Krokový výpočet dle průměrný na průměr na

Parametry průtoku za tryskou

1. Určeme izoentropickou rychlost výstupu plynu z SA:

.

2. Určete redukovanou izoentropickou rychlost proudění na výstupu SA:

;

3. Rychlostní koeficient CA je akceptován:

.

4. Plynodynamické funkce průtoku na výstupu SA:

; .

5. Určete celkový koeficient obnovení tlaku z tabulky:

.

6. Úhel výstupu proudu z lopatek trysky:

;

Kde.

7. Úhel vychýlení proudění v šikmém řezu SA:

.

8. Efektivní úhel na výstupu z pole trysek

.

9. Úhel zabudování profilu do mříže se zjistí podle grafu v závislosti na.

Akceptovat: ;

;

.

10. Tětiva profilu čepele SA

.

11. Hodnota optimálního relativního kroku se určí z grafu v závislosti na a:

12. Optimální rozteč SA mřížky v první aproximaci

.

13. Optimální počet nožů SA

.

Přijímáme.

14. Výsledná hodnota optimální rozteče lopatek SA

.

15. Velikost hrdla SA kanálu

.

16. Parametry termodynamického stavu plynu na výstupu SA za podmínky isentropické expanze v poli trysek

; .

17. Statický tlak v mezeře mezi SA a RK

.

18. Skutečná rychlost plynu na výstupu z SA

.

19. Termodynamické parametry proudění na výstupu SA

;

; .

20. Hustota plynu na výstupu SA

.

21. Axiální a obvodové složky absolutní rychlosti proudění na výstupu SA

;

.

22. Obvodová složka relativní rychlosti proudění na vstupu do AC

.

23. Úhel vstupu toku do RC v relativním pohybu

.

24. Relativní rychlost proudění na vstupu do AC

.

25. Termodynamické parametry plynu na vstupu do AC

;

; .

26. Snížená rychlost proudění při relativním pohybu

.

27. Celkový tlak v relativním pohybu vzduchu

.

Parametry průtoku na výstupu z RC

28. Termodynamické parametry proudění

;

;.

29. Izentropická rychlost proudění v relativním pohybu

.

30. Snížená izoentropická rychlost proudění při relativním pohybu:

.

Přijímáme, protože relativní pohyb je energeticky izolovaný pohyb.

31. Snížená rychlost proudění při relativním pohybu

Přijměme:

,

Pak:

; .

32. Pomocí grafu určíme celkový faktor obnovení tlaku:

.

33. Úhel výstupu proudu z RC v relativním pohybu (15º<в 2 <45є)

Pojďme počítat:

;

.

34. Z tabulky určíme úhel odchylky proudění v šikmém řezu listů rotoru:

.

35. Efektivní úhel na výstupu DC

.

36. Z tabulky určíme úhel instalace profilu v pracovní čepeli:

Pojďme počítat:;

.

37. Tětiva profilu čepele RK

.

38. Hodnota optimální relativní mřížkové rozteče Republiky Kazachstán je určena z tabulek:

.

39. Relativní rozteč RK mřížky v první aproximaci

.

40. Optimální počet lopatek RK

.

Přijímáme.

41. Konečná hodnota optimální rozteče lopatek Republiky Kazachstán

.

42. Velikost hrdla kanálu pracovních lopatek

.

43. Relativní rychlost na výjezdu z Republiky Kazachstán

44. Entalpie a teplota plynu na výstupu z RC

; .

45. Hustota plynu na výstupu z RC

46. ​​​​Axiální a obvodové složky relativní rychlosti na výstupu z RC

;

.

47. Obvodová složka absolutní rychlosti proudění za RC

48. Absolutní rychlost plynu za RK

.

49. Úhel výstupu proudu z RC v absolutním pohybu

50. Celková entalpie plynu za RC

.

2.3 Výpočet efektivního provozu stupně s uvážením ztrát třením

disku a v radiální vůli

Pro stanovení efektivního provozu stupně je nutné vzít v úvahu energetické ztráty spojené s únikem pracovní tekutiny do radiální vůle a třením kotouče stupně o plyn. K tomu definujeme:

51. Specifická práce plynu na lopatkách Republiky Kazachstán

52. Ztráty netěsností, které závisí na konstrukčních vlastnostech stupně.

V konstrukcích moderních turbín GTE se na oběžná kola obvykle používají bandáže s labyrintovým těsněním, aby se snížila netěsnost. Únik přes takové těsnění se vypočítá podle vzorce:

Akceptujeme koeficient průtoku labyrintového těsnění:

Plocha mezery se určí z výrazu:

K určení tlaku nejprve se zjistí isentropická redukovaná rychlost proudění na výstupu do RC na obvodovém průměru a odpovídající plynodynamická funkce:

; .

Periferní tlak

Poměr tlaku těsnění

Přijímáme počet hřebenatek:

Ztráta netěsností

53. Ztráta energie v důsledku tření kotouče stupně o plyn

,

kde D 1w se bere podle výkresu průtokové části

54. Celková ztráta energie v důsledku netěsnosti a tření disku

55. Celková entalpie plynu na výstupu z RC s přihlédnutím ke ztrátám v důsledku netěsnosti a tření disku

;

56. Plynová entalpie dle statických parametrů na výstupu z RC se zohledněním ztrát netěsností a třením kotouče

57. Celkový tlak plynu na výstupu z RC s přihlédnutím ke ztrátám v důsledku netěsnosti a tření disku

58. Skutečný efektivní provoz jeviště

59. Skutečná účinnost kroky

60. Rozdíl mezi skutečnou efektivní prací a danou

což je 0,78 %.

2.4 Výpočet parametrů proudit v různých poloměrech

přítlačné lopatkové kolo turbíny

Při hodnotách D cf / h l< 12 по высоте лопатки возникает переменность параметров потока, определяемая влиянием центробежных сил и изменением окружной скорости. В этом случае для снижения потерь энергии лопатки необходимо выполнять закрученными. Применение закона закрутки dб/dr = 0 позволяет повысить технологическое качество лопаток. Применение закона б 1 =const позволяет выполнять сопловые венцы с б 1л =const, а закон б 2 =const позволяет улучшить технологичность лопаток соплового венца последующей ступени.

Stanovení parametrů pro čepovou část čepele

1. Relativní průměr pouzdra

2. Výstupní úhel proudění v absolutním pohybu

3. Rychlostní poměr

4. Absolutní průtok na výstupu SA

5. Obvodová složka absolutní rychlosti

6. Axiální složka absolutní rychlosti

7. Izentropická rychlost výstupu plynu z SA

8. Termodynamické parametry na výstupu SA

; ;

;

; .

9. Statický tlak

.

10. Hustota plynu

11. Obvodová rychlost v rukávovém úseku na vjezdu do RC

12. Obvodová složka relativní rychlosti na vstupu do DC

13. Úhel vstupu toku do RC při relativním pohybu

.

14. Relativní rychlost na náboji

15. Termodynamické parametry na vstupu do RC v relativním pohybu

,

,

16. Celkový tlak na vstupu do ventilu v relativním pohybu

17. Snížená relativní rychlost na vjezdu do RC

Parametry v periferní části

18. Souvisí. průměr obvodové části

19. Úhel výstupu proudění z SA v absolutním pohybu

20. Rychlostní poměr

21. Absolutní rychlost na výjezdu z SA

22. Obvodová a axiální složka absolutní rychlosti

23. Izentropická rychlost výtoku plynu z SA

24. Termodynamické parametry proudění na výstupu SA

;

, ; .

25. Statický tlak

26. Hustota plynu

27. Obvodová rychlost otáčení kola na obvodu

28. Obvodová složka relativní rychlosti na vstupu do RC

29. Úhel vstupu toku do RC při relativním pohybu

.

30. Relativní rychlost proudění na periferii

31. Termodynamické parametry proudění při relativním pohybu na vstupu do AC

,

32. Celkový tlak na vstupu do CV v relativním pohybu

.

33. Snížená relativní rychlost na vstupu do RC

Výpočet průtokových parametrů na výstupu z RC

34. Relativní průměr pouzdra

35. Úhel proudění v absolutním pohybu

36. Obvodová rychlost v části objímky na výstupu z ventilu

37. Statický tlak na výstupu z ventilu

38. Termodynamické parametry v RK

,

39. Izentropická rychlost proudění na výstupu z RC

40. Snížená izoentropická rychlost

41. Rychlost proudění za RK v relativním pohybu.

, Kde

rychlostní faktor.

42. Termodynamické parametry proudění na výstupu z RC

;

43. Hustota plynu za pracovní korunou

44. Výstupní úhel toku v relativním pohybu

45. Obvodová a axiální složka relativní rychlosti proudění

46. ​​Absolutní rychlost na výstupu z pracovní korunky

47. Obvodová složka absolutní rychlosti

48. Celková entalpie a teplota průtoku na výstupu AC

49. Plynodynamické funkce na výstupu z RC

;

50. Celkový průtokový tlak v absolutním pohybu na výstupu z ventilu

Výpočet parametrů v obvodové části na výstupu z RC

51. Relativní průměr obvodového řezu

52. Úhel proudění v absolutním pohybu

53. Obvodová rychlost v obvodovém úseku na výstupu z RC

54. Statický tlak na výstupu z ventilu

55. Termodynamické parametry při izoentropické expanzi v Republice Kazachstán

;

56. Izentropická rychlost proudění na výstupu z RC

57. Snížená izoentropická rychlost

58. Rychlost proudění za RK v relativním pohybu

Poměr rychlosti;

59. Termodynamické parametry proudění na výstupu z RC

;

60. Hustota plynu za pracovní korunou

61. Výstupní úhel průtoku v relativním pohybu

62. Obvodová a axiální složka relativní rychlosti proudění

63. Absolutní výjezdová rychlost z RK

64. Obvodová složka absolutní rychlosti

65. Celková entalpie a teplota proudu na výstupu AC

66. Plynodynamické funkce na výstupu z RC

;

67. Celkový průtokový tlak v absolutním pohybu na výstupu z ventilu

3. Profilování lopatky oběžného kola

Tabulka 2. - Počáteční údaje pro profilování lopatek RV

Počáteční parametr a výpočetní vzorec	Dimenze	Kontrolní sekce
D (podle nákresu průtokové části stupně)

Tabulka 3. - Výpočtové hodnoty pro profilaci lopatek RK

Hodnota			Průměrný průměr	Obvod

Závěr

V kurzu byla vypočtena a postavena dráha proudění vysokotlaké turbíny, byl proveden kinematický výpočet druhého stupně vysokotlaké turbíny při středním průměru, výpočet efektivního provozu se zohledněním ztrát třením. disku a v radiální vůli, výpočet parametrů pro výšku lopatky se zákonem víru b = konst s konstrukcí trojúhelníků rychlostí. Bylo provedeno profilování lopatky oběžného kola ve třech sekcích.

Seznam použitých zdrojů

1. Termogasdynamický návrh axiálních turbín pro letecké motory s plynovou turbínou s využitím funkcí p-i-T: Proc. příspěvek / N.T. Tichonov, N.F. Musatkin, V.N. Matveev, V.S. Kuzmichev; Samar. Stát letectví a kosmonautiky un-t. - Samara, 2000. - 92. s.

2. Mamaev B.I., Musatkin N.F., Aronov B.M. Plynodynamický návrh axiálních turbín pro letecké motory s plynovou turbínou: Učebnice. - Kuibyshev: KuAI, 1984 - 70 s.

3. Konstrukční výpočet hlavních parametrů leteckých turbodmychadel GTE: Proc. příspěvek / V.S. Kuzmichev, A.A. Trofimov; KuAI. - Kuibyshev, 1990. - 72 s.

4. Termogasdynamický výpočet elektráren s plynovou turbínou. / Dorofeev V.M., Maslov V.G., Pervyshin N.V., Svatenko S.A., Fishbein B.D. - M., "Inženýrství", 1973 - 144 s.

Hostováno na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Výpočet průtokových parametrů a konstrukce mřížek profilů stupňů kompresoru a turbíny. Profilování spalovací komory, proudové trysky navrženého motoru a profilových mřížek oběžného kola vysokotlaké turbíny. Konstrukce profilů lopatek.

semestrální práce, přidáno 27.02.2012


Profilování lopatek prvního stupně vysokotlaké turbíny. Výpočet a konstrukce mřížových profilů podzvukového axiálního kompresoru. Profilování roštů profilů oběžného kola podél rádiusu. Výpočet a konstrukce příhradových profilů turbíny RK na PC.

semestrální práce, přidáno 02.04.2012


Stanovení hlavních geometrických rozměrů poledníkové části turbínového stupně. Výpočet parametrů proudění ve stupňové trysce při středním průměru. Stanovení parametrů proudění podél poloměru dráhy proudění při profilování lopatek.

semestrální práce, přidáno 14.11.2017


Návrh odstředivého kompresoru v motoru dopravní plynové turbíny: výpočet výstupních průtokových parametrů, geometrické parametry výstupní části oběžného kola, profilace meridionálního výstupu, odhad maximálního zatížení lopatek.

semestrální práce, přidáno 04.05.2010


Termogasdynamický výpočet motoru, výběr a zdůvodnění parametrů. Koordinace parametrů kompresoru a turbíny. Plynodynamický výpočet turbíny a profilace lopatek turbíny prvního stupně turbíny na počítači. Výpočet pevnosti lopatek turbíny.

práce, přidáno 3.12.2012


Výpočet a profilace konstrukčních prvků motoru: pracovní lopatky prvního stupně axiálního kompresoru, turbíny. Metoda výpočtu rychlostních trojúhelníků. Postup stanovení parametrů spalovací komory, geometrické parametry dráhy proudění.

semestrální práce, přidáno 22.02.2012


Výpočet a profilace pracovní lopatky stupně kompresoru, vysokotlaké plynové turbíny, prstencové spalovací komory a výstupního zařízení. Stanovení složek trojúhelníků rychlostí a geometrických parametrů mříží profilů na třech poloměrech.

semestrální práce, přidáno 17.02.2012


Termogasdynamický výpočet motoru. Koordinace provozu kompresoru a turbíny. Plynodynamický výpočet axiální turbíny na počítači. Profilování lopatek vysokotlakých turbín. Popis konstrukce motoru, výpočet pevnosti kotouče turbíny.

práce, přidáno 22.01.2012


Volba a zdůvodnění výkonu a otáček pohonu plynové turbíny: termogasdynamický výpočet motoru, tlak v kompresoru, přizpůsobení parametrů kompresoru a turbíny. Výpočet a profilování příhradových profilů oběžného kola turbíny.

semestrální práce, přidáno 26.12.2011


Profilování lopatek prvního stupně vysokotlakého kompresoru. Počítačový výpočet lopatky turbíny. Konstrukce spalovací komory. Plynodynamický výpočet trysky. Tvorba počátečních dat. Počítačové profilování ejektorové trysky.

Obtokový proudový motor (TEF) je „vylepšený“ proudový motor, jehož konstrukce umožňuje snížit spotřebu paliva, což je hlavní nevýhoda turbodmychadlového motoru, díky zlepšenému provozu kompresoru, a tedy zvýšení objem vzduchových hmot procházejících turbodmychadlem motoru.

Poprvé byla konstrukce a princip činnosti turbodmychadlového motoru vyvinuta leteckým konstruktérem A.M. Kolébka už v roce 1939, ale tehdy se jejímu vývoji moc nevěnovali. Teprve v 50. letech, kdy se v letectví začaly masivně používat proudové motory a jejich „obžerství“ se stalo skutečným problémem, byla jeho práce zaznamenána a oceněna. Od té doby je turbodmychadlový motor neustále zdokonalován a úspěšně používán ve všech oblastech letectví.

Ve skutečnosti je obtokový proudový motor stejný proudový motor, jehož tělo „obaluje“ jiné, vnější tělo. Mezera mezi těmito tělesy tvoří druhý okruh, přičemž první je vnitřní dutina proudového motoru. Samozřejmě se současně zvyšuje hmotnost a rozměry, ale pozitivní výsledek z použití takového designu ospravedlňuje všechny potíže a dodatečné náklady.

přístroj

První okruh obsahuje vysokotlaké a nízkotlaké kompresory, spalovací komoru, vysokotlaké a nízkotlaké turbíny a trysku. Druhý okruh se skládá z rozváděcí lopatky a trysky. Toto provedení je základní, ale jsou možné určité odchylky, např. průtoky vnitřního a vnějšího okruhu se mohou mísit a vystupovat společnou tryskou nebo může být motor vybaven přídavným spalováním.

Nyní krátce o každém základním prvku turbodmychadlového motoru. Vysokotlaký kompresor (HPC) je hřídel, na které jsou upevněny pohyblivé a pevné lopatky, které tvoří stupeň. Pohyblivé lopatky během otáčení zachycují proud vzduchu, stlačují jej a směrují do pouzdra. Vzduch vstupuje do pevných lopatek, zpomaluje se a je navíc stlačován, což zvyšuje jeho tlak a dává mu axiální pohybový vektor. V kompresoru je několik takových stupňů a kompresní poměr motoru přímo závisí na jejich počtu. Stejná konstrukce je pro nízkotlaký kompresor (LPC), který je umístěn před HPC. Rozdíl mezi nimi je pouze ve velikosti: Lopatky LPC mají větší průměr, pokrývající průřez primárního i sekundárního okruhu a menší počet stupňů (od 1 do 5).

Ve spalovací komoře se stlačený a ohřátý vzduch mísí s palivem, které je vstřikováno vstřikovači a vzniklá palivová náplň se vznítí a hoří za vzniku plynů s velkým množstvím energie. Spalovací komora může být jedna, prstencová nebo z několika trubek.

Turbína svou konstrukcí připomíná axiální kompresor: stejné pevné a pohyblivé lopatky na hřídeli, pouze je změněno jejich pořadí. Nejprve expandované plyny dopadají na pevné lopatky, které vyrovnávají jejich pohyb, a poté na pohyblivé, které roztáčí hřídel turbíny. V turboventilátorovém motoru jsou dvě turbíny: jedna pohání vysokotlaký kompresor a druhá pohání nízkotlaký kompresor. Pracují samostatně a nejsou vzájemně mechanicky propojeny. Hnací hřídel LPC je obvykle umístěn uvnitř hnací hřídele HPC.

Tryska je sbíhající se trubka, kterou výfukové plyny vystupují ve formě tryskového proudu. Obvykle má každý okruh vlastní trysku, ale také se stává, že proudy paprsků na výstupu vstupují do společné směšovací komory.

Vnější neboli druhý okruh je dutá prstencová konstrukce s vodicí lopatkou, kterou prochází vzduch, předem stlačený nízkotlakým kompresorem, obtékající spalovací komoru a turbíny. Tento proud vzduchu dopadající na pevné lopatky vodicí lopatky se vyrovnává a pohybuje se k trysce, čímž vytváří dodatečný tah v důsledku stlačení samotného LPC bez spalování paliva.

Přídavné spalování je potrubí umístěné mezi nízkotlakou turbínou a tryskou. Uvnitř má vírníky a vstřikovače paliva se zapalovači. Přídavné spalování umožňuje vytvořit dodatečný tah spalováním paliva nikoli ve spalovací komoře, ale na výstupu z turbíny. Výfukové plyny po průchodu LPT a HPT mají vysokou teplotu a tlak a také značné množství nespáleného kyslíku přicházejícího ze sekundárního okruhu. Prostřednictvím trysek instalovaných v komoře se dodává palivo, které se mísí s plyny a vznítí. Výsledkem je, že výstupní tah se někdy zdvojnásobí, ale také se zvýší spotřeba paliva. Turboventilátorové motory vybavené přídavným spalováním jsou snadno rozpoznatelné podle plamene, který uniká z jejich trysky během letu nebo při startu.

příčný řez přídavným spalováním, na obrázku jsou vidět vírníky.

Nejdůležitějším parametrem turbodmychadlového motoru je obtokový poměr (k) - poměr množství vzduchu, které prošlo druhým okruhem, k množství vzduchu, které prošlo prvním. Čím vyšší je toto číslo, tím hospodárnější bude motor. Podle stupně obtoku lze rozlišit hlavní typy obtokových proudových motorů. Pokud je jeho hodnota<2, это обычный ТРДД, если же к>2, pak se takové motory nazývají turbofanové motory (TVRD). Existují také turbovrtulové motory s ventilátorem, u kterých hodnota dosahuje 50 nebo i více.

V závislosti na typu výfukových plynů se rozlišují turboventilátorové motory bez směšovacích proudů as nimi. V prvním případě má každý okruh svou vlastní trysku, ve druhém plyny na výstupu vstupují do společné směšovací komory a teprve poté jdou ven a vytvářejí proudový tah. Motory se smíšeným prouděním, které se instalují na nadzvuková letadla, mohou být vybaveny přídavným spalováním, které umožňuje zvýšit tah i při nadzvukových rychlostech, kdy sekundární tah hraje malou roli.

Princip činnosti

Princip fungování TVRD je následující. Proud vzduchu je zachycován ventilátorem a částečně stlačený je směrován dvěma směry: do prvního okruhu ke kompresoru a do druhého okruhu k pevným lopatkám. Ventilátor v tomto případě neplní roli šroubu vytvářejícího tah, ale nízkotlakého kompresoru, který zvyšuje množství vzduchu procházejícího motorem. V primárním okruhu se proud stlačuje a zahřívá, když prochází vysokotlakým kompresorem a vstupuje do spalovací komory. Zde se mísí se vstřikovaným palivem a vznítí, čímž vznikají plyny s velkou zásobou energie. Proud expandujících horkých plynů je směrován do vysokotlaké turbíny a roztáčí její lopatky. Tato turbína otáčí vysokotlakým kompresorem, který je s ní namontován na stejné hřídeli. Dále plyny roztáčí nízkotlakou turbínu, která pohání ventilátor, načež vstupují do trysky a vylamují se a vytvářejí proudový tah.

Zároveň ve druhém okruhu proud vzduchu zachycený a stlačený ventilátorem naráží na pevné lopatky, které narovnávají směr jeho pohybu tak, že se pohybuje v axiálním směru. V tomto případě je vzduch dodatečně stlačen ve druhém okruhu a jde ven, čímž vzniká další trakce. Také tah je ovlivněn spalováním kyslíku v sekundárním vzduchu v přídavném spalování.

aplikace

Rozsah použití obtokových proudových motorů je velmi široký. Dokázaly pokrýt téměř celé letectví a vytlačily proudové a divadelní motory. Hlavní nevýhoda proudových motorů - jejich neúčinnost - byla částečně překonána, takže nyní je většina civilních a téměř všechna vojenská letadla vybavena turboventilátorovými motory. Pro vojenské letectví, kde je důležitá kompaktnost, výkon a lehkost motorů, jsou vhodné turboventilátorové motory s nízkým obtokovým poměrem (do<1) и форсажными камерами. На пассажирских и грузовых самолетах устанавливаются ТРДД со степенью двухконтурности к>2, což šetří spoustu paliva při podzvukových rychlostech a snižuje náklady na lety.

Proudové motory s nízkým bypassem ve vojenských letadlech.

SU-35 se 2 nainstalovanými motory AL-41F1S

Výhody a nevýhody

Obtokové proudové motory mají oproti proudovým motorům obrovskou výhodu v podobě výrazného snížení spotřeby paliva bez ztráty výkonu. Ale zároveň je jejich design složitější a hmotnost je mnohem větší. Je jasné, že čím větší je obtokový poměr, tím je motor ekonomičtější, ale tuto hodnotu lze zvýšit pouze jedním způsobem - zvětšením průměru druhého okruhu, což umožní procházet jím více vzduchu. To je hlavní nevýhoda turboventilátoru. Stačí se podívat na některé proudové motory instalované na velkých civilních letadlech, abyste pochopili, jak zatěžují celkovou konstrukci. Průměr jejich druhého okruhu může dosahovat několika metrů a z důvodu úspory materiálu a snížení jejich hmotnosti je kratší než okruh první. Další nevýhodou velkých konstrukcí je velký odpor při letu, který do jisté míry snižuje rychlost letu. Použití turboventilátorových motorů za účelem úspory paliva má své opodstatnění při podzvukových rychlostech, kdy při překonání zvukové bariéry se sekundární proudový tah stává neúčinným.

Různá provedení a použití přídavných konstrukčních prvků v každém jednotlivém případě umožňuje získat požadovanou verzi turbodmychadlového motoru. Pokud je důležitá hospodárnost, instalují se turbodmychadlové motory s velkým průměrem a vysokým obtokovým poměrem. Pokud potřebujete kompaktní a výkonný motor, používají se konvenční turboventilátorové motory s přídavným spalováním nebo bez něj. Hlavní věcí je najít kompromis a pochopit, jaké priority by měl mít konkrétní model. Vojenské stíhačky a bombardéry nemohou být vybaveny motory o průměru tři metry a nepotřebují to, protože v jejich případě není prioritou ani tak hospodárnost, ale rychlost a manévrovatelnost. Zde se také častěji používají turboventilátorové motory s přídavným spalováním (TRDDF) pro zvýšení trakce při nadzvukových rychlostech nebo při startu. A pro civilní letectví, kde jsou samotná letadla velká, jsou velké a těžké motory s vysokým obtokovým poměrem celkem přijatelné.

Poprvé letadlo s proudovým motorem ( TRD) vzlétl do vzduchu v roce 1939. Od té doby se konstrukce leteckých motorů zdokonalovala, objevily se různé typy, ale princip fungování u všech je přibližně stejný. Abyste pochopili, proč se letadlo s tak velkou hmotností může tak snadno dostat do vzduchu, musíte pochopit, jak funguje letecký motor. Proudový motor pohání letadlo pomocí proudového pohonu. Tah paprsku je zase síla zpětného rázu proudu plynu, který vyletí z trysky. To znamená, že se ukázalo, že proudová instalace tlačí letadlo a všechny lidi v kabině pomocí plynového proudu. Proud trysky, vylétající z trysky, je odpuzován ze vzduchu a tím uvádí letadlo do pohybu.

Zařízení turboventilátorového motoru

Design

Zařízení leteckého motoru je poměrně složité. Provozní teplota v takových instalacích dosahuje 1000 stupňů nebo více. V souladu s tím jsou všechny části, které tvoří motor, vyrobeny z materiálů, které jsou odolné vůči vysokým teplotám a ohni. Vzhledem ke složitosti zařízení existuje celá vědní oblast o proudových motorech.

TRD se skládá z několika hlavních prvků:

• fanoušek;
• kompresor;
• spalovací komora;
• turbína;
• tryska.

Před turbínou je instalován ventilátor. S jeho pomocí je do jednotky nasáván vzduch zvenčí. V takových instalacích se používají ventilátory s velkým počtem lopatek určitého tvaru. Velikost a tvar lopatek zajišťuje nejefektivnější a nejrychlejší přívod vzduchu do turbíny. Jsou vyrobeny z titanu. Kromě hlavní funkce (nasávání vzduchu) řeší ventilátor ještě jeden důležitý úkol: slouží k čerpání vzduchu mezi prvky proudového motoru a jeho pláštěm. Díky tomuto čerpání je systém chlazen a je zabráněno zničení spalovací komory.

V blízkosti ventilátoru je umístěn vysoce výkonný kompresor. S jeho pomocí vstupuje vzduch do spalovací komory pod vysokým tlakem. V komoře se vzduch mísí s palivem. Výsledná směs se zapálí. Po zapálení se směs a všechny sousední prvky instalace zahřejí. Spalovací komora je nejčastěji keramická. To je způsobeno skutečností, že teplota uvnitř komory dosahuje 2000 stupňů nebo více. A keramika se vyznačuje odolností vůči vysokým teplotám. Po zapálení se směs dostává do turbíny.

Pohled na motor letadla zvenčí

Turbína je zařízení skládající se z velkého počtu lopatek. Proud směsi vyvíjí tlak na lopatky, čímž uvádí turbínu do pohybu. Turbína v důsledku tohoto otáčení způsobuje otáčení hřídele, na které je ventilátor namontován. Ukazuje se uzavřený systém, který pro provoz motoru vyžaduje pouze přívod vzduchu a přítomnost paliva.

Dále směs vstupuje do trysky. Toto je poslední fáze 1. cyklu motoru. Zde se tvoří jet stream. Takto funguje letecký motor. Ventilátor vhání studený vzduch do trysky a zabraňuje tak jeho zničení příliš horkou směsí. Proud studeného vzduchu zabraňuje roztavení objímky trysky.

Do leteckých motorů lze instalovat různé trysky. Nejdokonalejší jsou považovány za mobilní. Pohyblivá tryska se může roztahovat a smršťovat, stejně jako nastavit úhel a nastavit správný směr proudu paprsku. Letadla s takovými motory se vyznačují vynikající manévrovatelností.

Typy motorů

Letecké motory jsou různých typů:

• klasický;
• turbovrtulový;
• turboventilátor;
• přímo skrz.

Klasický instalace fungují podle výše popsaného principu. Takové motory jsou instalovány na letadlech různých modifikací. Turbovrtulový fungovat poněkud jinak. V nich nemá plynová turbína žádné mechanické spojení s převodovkou. Tyto instalace pohánějí letoun pomocí proudového tahu jen částečně. Tento typ zástavby využívá hlavní část energie horké směsi k pohonu vrtule přes převodovku. V takové instalaci jsou místo jedné 2 turbíny. Jeden z nich pohání kompresor a druhý - šroub. Na rozdíl od klasických proudových motorů jsou šroubové instalace ekonomičtější. Ty ale neumožňují letadlům vyvinout vysoké rychlosti. Jsou instalovány na nízkorychlostních letadlech. TRD umožňují vyvinout mnohem větší rychlost během letu.

Turboventilátory motory jsou kombinované jednotky, které kombinují prvky proudových a turbovrtulových motorů. Od klasických se liší velkou velikostí lopatek ventilátoru. Ventilátor i vrtule pracují při podzvukových otáčkách. Rychlost pohybu vzduchu je snížena díky přítomnosti speciální kapotáže, ve které je ventilátor umístěn. Takové motory spotřebují palivo ekonomičtěji než klasické. Navíc se vyznačují vyšší účinností. Nejčastěji se instalují na vložky a velkokapacitní letadla.

Velikost leteckého motoru vzhledem k lidské výšce

Přímý tok instalace vzduchových trysek nezahrnují použití pohyblivých prvků. Vzduch je nasáván přirozeně díky kapotáži namontované na vstupu. Po nasátí vzduchu funguje motor podobně jako ten klasický.

Některá letadla létají na turbovrtulových motorech, které jsou mnohem jednodušší než proudové motory. Mnoho lidí má proto otázku: proč používat složitější instalace, když se můžete omezit na šroubovací? Odpověď je jednoduchá: proudové motory jsou výkonově lepší než šroubové motory. Jsou desetkrát silnější. V souladu s tím vytváří proudový motor mnohem větší tah. To umožňuje zvednout velká letadla do vzduchu a letět vysokou rychlostí.

V kontaktu s

Vynález se týká oblasti leteckých plynových turbínových motorů, zejména jednotky umístěné mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou vnitřního okruhu obtokového leteckého motoru. Spojitý prstencový přechodový kanál mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou s expanzním poměrem větším než 1,6 a ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru větším než 12° obsahuje perforované vnější a vnitřní stěny. Víření proudění za oběžným kolem vysokotlaké turbíny se transformuje ve směru jeho zesílení u stěn a oslabení ve středu. Víření je transformováno profilováním stupně vysokotlaké turbíny a vírníkem umístěným za oběžným kolem vysokotlaké turbíny s výškou 10 % výšky kanálu, 5 % výšky na vnitřní a vnější stěně kanálem, nebo pomocí zařízení pro kroucení-odkrucování v plné výšce. ÚČINEK: vynález umožňuje snížit ztráty v přechodovém kanálu mezi vysokotlakými a nízkotlakými turbínami. 2 w.p. f-ly, 6 nemocných.

Oblast techniky, do které vynález patří

Vynález se týká oblasti leteckých plynových turbínových motorů, zejména jednotky umístěné mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou vnitřního okruhu obtokového leteckého motoru.

Nejmodernější

Letecké plynové turbíny obtokových motorů jsou určeny k pohonu kompresorů. Vysokotlaká turbína je navržena pro pohon vysokotlakého kompresoru a nízkotlaká turbína je navržena pro pohon nízkotlakého kompresoru a ventilátoru. U leteckých motorů páté generace je hmotnostní průtok pracovní tekutiny vnitřním okruhem několikanásobně menší než průtok vnějším okruhem. Nízkotlaká turbína je tedy svými výkonovými a radiálními rozměry několikanásobně vyšší než vysokotlaká turbína a její otáčky jsou několikanásobně menší než otáčky vysokotlaké turbíny.

Tato vlastnost moderních leteckých motorů je konstrukčně ztělesněna v potřebě vytvořit přechodový kanál mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou, což je prstencový difuzor.

Závažná omezení celkových a hmotnostních charakteristik leteckého motoru ve vztahu k přechodovému kanálu jsou vyjádřena v potřebě vytvořit kanál relativně krátké délky, s vysokým stupněm difuze a jasně oddělitelným ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru. . Stupeň difuze je chápán jako poměr výstupní průřezové plochy ke vstupnímu. Pro moderní a pokročilé motory má stupeň difuze hodnotu blízkou 2. Ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru se rozumí úhel otevření plochého difuzoru, který má stejnou délku jako prstencový kónický difuzor a stejný stupeň difuzoru. . U moderních leteckých motorů s plynovou turbínou přesahuje ekvivalentní úhel otevření plochého difuzoru 10°, zatímco kontinuální proudění v plochém difuzoru je pozorováno pouze při úhlu otevření ne větším než 6°.

Proto se všechna provedení přechodových kanálů vyznačují vysokým ztrátovým činitelem, způsobeným oddělením mezní vrstvy od stěny difuzoru. Obrázek 1 ukazuje vývoj hlavních parametrů přechodového kanálu společnosti General Electric. Na obrázku 1 je míra difuzerity přechodového kanálu vynesena podél vodorovné osy a ekvivalentní úhel otevření plochého difuzéru je vykreslen podél svislé osy. Obrázek 1 ukazuje, že původně vysoké hodnoty efektivního úhlu otevření (≈12°) se vyvíjejí k výrazně nižším hodnotám, což je spojeno pouze s vysokou úrovní ztrát. Podle výsledků studií prstencového difuzoru se stupněm otevření 1,6 a efektivním úhlem otevření plochého difuzoru 13,5° se ztrátový koeficient pohyboval od 15 % do 24 % v závislosti na zákonu rozložení víření podél kanálu. výška .

Analogy podle vynálezu

Vzdálenými analogy vynálezu jsou difuzory popsané v patentech US 2007/0089422 AI, DAS 1054791. V těchto konstrukcích je pro zabránění oddělení toku od stěny difuzoru použito sání mezní vrstvy z části umístěné v uprostřed kanálu s vypouštěním výfukového plynu do trysky. Tyto difuzory však nejsou přechodovými kanály mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou.

Stručný popis výkresů

Neomezující provedení tohoto vynálezu, jeho další znaky a výhody budou podrobněji popsány níže s odkazem na doprovodné výkresy, na kterých:

obrázek 1 znázorňuje vývoj průtokové části meziturbinového přechodového kanálu v turbodmychadlovém motoru od General Electric,

obrázek 2 znázorňuje závislost ztrát kinetické energie proudění v kanálu na integrálním parametru víření proudění F ¯ C T ve formě lineární aproximace, kde ν=0 je víření proudění rovnoměrné ve výšce; ν=-1 - víření proudění narůstající do výšky; ν=1 - víření proudění klesá na výšku; y \u003d -1,36F st +0,38 - aproximační závislost odpovídající koeficientu spolehlivosti R \u003d 0,76,

obrázek 3 znázorňuje extrapolaci separačních ztrát v prstencovém difuzoru z hodnoty víření stěn,

obrázek 4 znázorňuje schéma přechodového kanálu,

obrázek 5 znázorňuje schéma perforace,

Obr. 6 znázorňuje schéma výkonového rackového zařízení s napájecím kanálem.

Zveřejnění vynálezu

Problém, na který je tento vynález zaměřen, je vytvořit přechodový kanál se stupněm otevření větším než 1,6 a s ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru přesahujícím 12°, přičemž proudění by bylo neoddělené a úroveň ztrát. , respektive je minimálně možné. Navrhuje se snížit ztrátový faktor z 20-30 % na 5-6 %.

Úkol je vyřešen:

1. Na základě transformace stávajícího víru za vysokotlakou turbínou na vstupu do prstencového difuzoru ve směru jeho zesílení na vnitřní a vnější stěně kanálu a zeslabení ve středu kanálu.

2. Na základě perforace vnitřní a vnější stěny prstencového difuzoru, proměnné délky, přizpůsobené místní struktuře turbulence.

3. Na základě odsávání mezní vrstvy ze zóny možného oddělení proudění od stěn difuzoru.

V této souvislosti je navržen neoddělený prstencový přechodový kanál mezi vysokotlakou turbínou (HPT) a nízkotlakou turbínou (LPT) s expanzním poměrem větším než 1,6 a ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru větším než 12 °, obsahující vnější stěnu a vnitřní stěnu. Vnější a vnitřní stěny jsou perforovány a víření za oběžným kolem vysokotlaké turbíny (HPT) je transformováno ve směru jeho zesílení u stěn a oslabení ve středu. Zákrut je transformován profilováním stupně vysokotlaké turbíny (HPT) a pomocí vířiče umístěného za oběžným kolem vysokotlaké turbíny (HPT) s výškou 10 % výšky kanálu, 5 % výšky na vnitřních a vnějších stěnách kanálu nebo otočením rozplétacího zařízení na plnou výšku.

Převedené zkroucení je omezeno dosažením integrálního parametru zkroucení na úroveň F článek =0,3-0,35. Perforační sekce, umístěná ve vzdálenosti 0,6-0,7 délky přechodového kanálu od vstupní sekce, je připojena k dutině v napájecích stojanech, které mají štěrbiny v 80 % výšky stojanů symetricky ke geometrickému uprostřed kanálu a štěrbiny jsou umístěny poblíž vstupní hrany.

Jak je známo, plyn se v difuzoru pohybuje setrvačností ve směru růstu tlaku a oddělování (oddělování) proudění od stěn je fyzikálně způsobeno nedostatečnou setrvačností vnitřních přístěnných vrstev mezní vrstvy. Body 1, 2 jsou navrženy tak, aby zvýšily setrvačnost proudění plynu v blízkosti stěny zvýšením rychlosti pohybu a tím i jeho kinetické energie.

Přítomnost víření v proudu plynu v blízkosti stěny zvyšuje rychlost pohybu a tím i jeho kinetickou energii. V důsledku toho se zvyšuje odpor proudění proti oddělování (delaminaci od stěn) a snižují se ztráty. Obrázek 2 ukazuje výsledky experimentální studie prstencového difuzéru se stupněm odhalení 1,6 a ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzéru 13,5°. Svislá osa ukazuje ztrátový faktor, definovaný tradičním způsobem: poměr ztrát mechanické energie v difuzoru ke kinetické energii proudu plynu na vstupu do difuzoru. Vodorovná osa představuje integrální parametr víření definovaný takto:

F s t \u003d F v t + F p e r F.,

kde Ф. = 2 π ∫ R R + H ρ w u r 2 d r 2 π ∫ R R + H ρ w 2 r d r (R + H 2)

Integrální parametr víření na vstupu kanálu, ρ je hustota, w je axiální rychlost, u je obvodová rychlost, r je aktuální poloměr, R je poloměr s vnitřní tvořící přímkou ​​difuzoru, H je výška kanálu, Ф w je integrální parametr víření uvažovaný v rozsahu výšek od 0 % do 5 % části objímky, tzn.

Ф в t \u003d 2 π ∫ R R + 0,05 H ρ w u r 2 d r 2 π ∫ R R + H ρ w 2 r d r (R + H 2);

Ф pruh - stejný parametr, ale ve výškovém rozsahu od 95% do 100% rukávového úseku, tzn.

Фper = 2 π ∫ R + 0,95 H R + H ρ w u r 2 d r 2 π ∫ R R + H ρ w 2 r d r (R + H 2) .

Jak je vidět z obrázku 2, ztráty v přechodovém kanálu se snižují, když se zvyšuje podíl zkroucení v blízkosti stěny.

Obrázek 3 ukazuje lineární extrapolaci závislosti ξ (Ф st) na úroveň ztrát třením v ekvivalentním kanálu konstantního průřezu. V tomto případě by víření u stěny (10 % výšky kanálu) mělo představovat přibližně 30 % víření proudění.

Jak je známo, v případě režimu turbulentního proudění v kanálech probíhá režim laminárního proudění bezprostředně u stěny z důvodu nemožnosti příčného pulzačního pohybu. Tloušťka laminární podvrstvy je přibližně 10 μ ρ τ s t. V posledním výrazu je μ dynamická viskozita, τ st je třecí napětí na stěně. Jak je známo, třecí napětí podél difuzoru rychle klesá a v bodě oddělení je obecně rovné nule. Proto tloušťka laminární podvrstvy v přechodovém kanálu s pevnou stěnou rychle roste podél toku. Odpovídajícím způsobem se zvyšuje tloušťka přilehlé vrstvy proudění s nízkou úrovní kinetické energie.

Perforace vnitřní a vnější stěny přechodového kanálu umožňuje příčný pulzující pohyb v libovolné vzdálenosti od perforované stěny. Protože v turbulentním proudění je podélné kolísavé proudění statisticky vztaženo k příčnému proudění, perforace umožňuje zvětšit plochu vlastního turbulentního proudění. Čím vyšší je stupeň perforace stěny, čím je laminární podvrstva tenčí, tím vyšší je rychlost plynu v přilehlé vrstvě, tím vyšší je kinetická energie blízkostěnného proudění a jeho odolnost vůči separaci (delaminaci od stěny).

Popis konstrukce přechodového kanálu mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou

Přechodovým kanálem mezi vysokotlakou turbínou (HPT) a nízkotlakou turbínou (LPT) vnitřního okruhu obtokového proudového motoru (obrázek 4) je prstencový difuzor s vnitřní stěnou 1 a vnější stěnou 2. vnitřní a vnější stěny na křižovatce s HPT a LPT mají definované poloměry.

Přes přechodový kanál procházejí napájecí stojany 3, které zajišťují mazání, ventilaci a chlazení nosičů rotorů HPT a LPT. Regály 3 mají v průřezu asymetrický aerodynamický profil, který zajišťuje roztočení proudění ve středu kanálu a stočení proudění u stěn kanálu na úroveň Ф st =0,3-0,35.

Stěny 1 a 2 jsou perforované (obrázek 5). Aby se zabránilo přetečení pracovní tekutiny v perforacích, jsou části perforace 4 navzájem izolovány příčnými stěnami 5.

Z perforační sekce 9, umístěné ve vzdálenosti 0,6-0,7 od vstupu do difuzoru, je organizováno nasávání a odvádění přes přívodní kanál 6 do štěrbin 7 stojanů 3. minimální lokální statický tlak. V kanálu spojujícím dutinu 9 s dutinou sloupků 3 jsou měřicí podložky 8, které regulují průtok plynu.

Za oběžným kolem HPT 11 je instalováno kroutící zařízení 12, které zvyšuje víření proudění v blízkosti stěn. Výška lopatek zařízení 12 je 10 % výšky kanálu na vstupu. V případě potřeby může být kulma 12 přeměněna na zařízení pro rozplétání a zakrucování umístěné po celé výšce kanálu. Centrální část zařízení roztáčí proud a přilehlá stěna jej stáčí, takže v důsledku víření proudění na vstupu do difuzoru je Ф st = 0,3-0,35.

V případě, že je kontinuálního proudění v difuzoru dosaženo pouze díky profilování tryskového zařízení 10 a oběžného kola 11 vysokotlaké turbíny a krouceně-odvíjecím efektem výkonových stojanů 3, vířivé zařízení 12 a štěrbina 7 s kanál 6 chybí.

Realizace vynálezu

Neodděleného režimu proudění v přechodovém kanálu je dosaženo vířením proudění v přilehlých zónách proudění, roztáčením proudění ve středu, perforací poledníkové tvořící čáry přechodového kanálu a nasáváním mezní vrstvy.

Vlastnosti organizace pracovního procesu v moderních motorech s plynovou turbínou jsou takové, že za vysokotlakou turbínou dochází k víření proudění asi 30-40 °. Vysoká úroveň víření na vnitřních a vnějších stěnách (ve vzdálenosti 5 % výšky kanálu) by měla být zachována a v případě potřeby zesílena stupňovitým profilováním a v případě potřeby instalací zařízení s vířivými lopatkami na přechodovém kanálu. vtok. Víření toku ve výškách od 5 % části objímky do 95 % stejné části by mělo být redukováno jak profilováním stupně, tak roztáčením toku pomocí napájecích stojanů konstrukčně procházejících kanálem. Je-li to nutné, k dosažení požadované podpory proudění, nainstalujte na vstup do přechodového kanálu další rotující lopatku. Rozvětvení proudění ve střední části kanálu je navrženo pro snížení radiálního statického tlakového gradientu a snížení intenzity sekundárních proudů, které zahušťují mezní vrstvu a snižují její odpor proti separaci. Hodnota relativního zkroucení u stěny by se měla co nejvíce blížit hodnotě 0,3-0,35.

Protože instalace přídavného lopatkového zařízení je spojena s výskytem ztrát v tomto zařízení, měla by být instalována pouze v případě, že pokles ztrátového činitele v přechodovém kanálu výrazně převyšuje ztrátu v přídavném zařízení pro zkroucení a rozkroucení. Volitelně je možné instalovat na objímku a obvod další kroutící zařízení, omezené výškami od 5 % do 10 % H (obrázek 4).

Perforace meridionální tvořící čáry přechodového kanálu mění režim proudění v laminární podvrstvě na turbulentní. Extrapolací logaritmického rychlostního profilu na oblast laminární podvrstvy až do vzdálenosti od pevné stěny rovné 8 % tloušťky laminární podvrstvy získáme hodnotu rychlosti τ с r ρ 6,5, která je pouze 2krát menší než rychlost na hranici laminární podvrstvy, zatímco rychlost proudění v samotné laminární podvrstvě (v této vzdálenosti) je 4krát menší a měrná kinetická energie je 16krát menší.

Extrapolace logaritmického zákona distribuce rychlosti, který je charakteristický pro čistě turbulentní režim proudění do oblasti laminární podvrstvy, naznačuje úplnou volnost pro pohyb turbulentních vírů. Tato možnost existuje za dvou podmínek: 1) stupeň perforace pevného povrchu se blíží 100 %;

2) turbulentní víry všech velikostí v daném úseku mají úplnou volnost pohybu v příčném směru.

Ve skutečnosti jsou tyto podmínky v plném rozsahu nedosažitelné, ale v praxi je možné se jim přiblížit. V důsledku toho bude rychlost pohybu v blízkosti perforovaného povrchu několikanásobně vyšší než rychlost pohybu ve stejné vzdálenosti od stěny v blízkosti pevného povrchu. V tomto případě musí být hustota perforačních prvků a jejich struktura konzistentní s maximálním energetickým spektrem turbulentních fluktuací ve vztahu k jejich lineární velikosti pro daný úsek přechodového kanálu.

Hustota perforace (poměr plochy perforace k celkové ploše) by měla být udržována co nejvyšší z důvodů konstrukce a tuhosti.

Perforační struktura je přizpůsobena lineární velikosti energie obsahujících lokálních turbulentních vírů, která je dána výškou přechodového kanálu a jeho průměrným poloměrem v daném úseku. Jako model struktury perforace lze vzít následující model:

d min \u003d (0,2-0,5) le (R, II);

d max \u003d (1,5-2) le (R, II);

d ¯ = (0,6 − 0,8) ;

d min ¯ = (0,2 − 0,3) ;

d max ¯ = (0,1 − 0,2) ;

d min - minimální průměr perforace; d=l e (R, II) - hlavní průměr perforace, rovný lineární velikosti energie obsahujících vírů turbulentní struktury; d max - maximální průměr perforace; d ¯ = S d S - podíl velikosti hlavní perforace; S d - plocha perforace, zhotovená podle velikosti d=(l e (R, II); S - celková plocha perforace; d min ¯ = S d min S - podíl minimální velikosti perforace; S dmin - plocha perforace, vyrobeno na velikost d min ; d max ¯ = S d max S - podíl maximální velikosti perforace; S dmax - plocha perforace, zhotovená dle velikosti d max (obr.5).

Velikost vírů obsahujících energii l e (R, II) je určena výpočtem v závislosti na přijatém modelu turbulence.

V přechodových kanálech s velmi vysokým stupněm expanze (n>2) a velmi velkým ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru (α equiv >17°), maximální dosažitelné víření u stěny (Ф st ≈0,3) a maximální dosažitelná a správně strukturovaná perforace (S ¯ ≈ 0,8, kde S ¯ = S na S, S na - celková plocha perforovaného povrchu, S - celková plocha meridionálních obrysů) nemusí být pro organizaci dostatečná nepřetržitý tok po celé délce přechodového kanálu. Případnému odtržení v poslední třetině délky difuzoru by v tomto případě mělo být zabráněno odsátím mezní vrstvy přes část perforace. Odvod nasátého plynu by měl být organizován ve střední části kanálu přes odpovídající otvory v silových svodech, které jsou umístěny v blízkosti vstupní hrany stěnového profilu, tzn. kde je lokální statický tlak minimální. Plocha části perforace 9 pracující pro sání a plocha průtokových sekcí ve stojanech 7 musí být vzájemně konzistentní.

Dutina v napájecích stojanech má štěrbiny umístěné poblíž vstupní hrany, jejichž vertikální délka může dosahovat 0,8 výšky stojanů. Štěrbiny jsou umístěny symetricky vzhledem ke středu kanálu. Sada dutin a kanálů spojených s perforacemi a štěrbinami v napájecích stojanech organizuje sání mezní vrstvy v přechodovém kanálu.

Organizace sání mezní vrstvy je účelná pouze tehdy, je-li směšovací ztráta při vhánění nasávaného plynu na vstup do přechodového kanálu menší než pokles ztrát v difuzoru sáním.

Seznam použité literatury

1. Gladkov Yu.I. Zkoumání proměnné podél poloměru víření vstupního toku na účinnosti meziturbinových přechodových kanálů GTE [Text]: abstrakt disertační práce pro stupeň kandidáta technických věd 05.07.05 / Yu.I.Gladkov - Rybinská státní letecká technologická akademie pojmenovaná po P.A.Solovievovi. - 2009 - 16 s.

2. Schlichting, G. Teorie mezní vrstvy [Text] / G. Schlichting. - M.: Nauka, 1974. - 724 s.

1. Neoddělený prstencový přechodový kanál mezi vysokotlakou turbínou (HPT) a nízkotlakou turbínou (LPT) s expanzním poměrem větším než 1,6 a ekvivalentním úhlem otevření plochého difuzoru větším než 12°, obsahující vnější stěnu a vnitřní stěnu, vyznačující se tím, že vnější a vnitřní stěna jsou perforované a víření za oběžným kolem vysokotlaké turbíny (HPT) je transformováno ve směru jeho zesílení u stěn a oslabení ve středu díky profilaci stupně vysokotlaké turbíny (HPT) a díky vířivému zařízení umístěnému za oběžným kolem vysokotlaké turbíny (TVD) s výškou 10 % výšky kanálu, 5 % výšky na vnitřních a vnějších stěn kanálu nebo v důsledku zařízení pro zkroucení-rozkroucení plné výšky.

2. Kanál podle nároku 1, vyznačující se tím, že převáděné zkroucení je omezeno na dosažení integrálního parametru zkroucení na úroveň F článku = 0,3-0,35.

3. Kanál podle nároku 1, vyznačující se tím, že perforační úsek umístěný ve vzdálenosti 0,6 až 0,7 délky přechodového kanálu od vstupního úseku je spojen s dutinou v napájecích stojanech se štěrbinami na 80 %. výšky stojanů symetricky ke geometrickému středu kanálu a štěrbiny jsou umístěny v blízkosti náběžné hrany.

Podobné patenty:

Vynález se týká oblasti energetiky, zejména pro systémy odpadní páry tepelných elektráren, například emise páry při provozu hlavních pojistných ventilů kotlů, odkalování přehříváků, mletí kotlů a kotlů na odpadní teplo při průtoku výstupní páry. více než 30 t/h a stupeň podexpanze paprsku páry n=pa/pc>1, kde pa - atmosférický tlak vzduchu, pc - statický tlak páry na výstupu z výfukového potrubí

Výfukové zařízení lopatkového stroje obsahuje skříň se vstupem umístěným kolem osy otáčení turbíny, difuzor, výstup umístěný ve vnější stěně skříně a přídavnou přepážku. Difuzor obsahuje axiální a radiální části tvořené, v tomto pořadí, vnitřní a vnější stěnou potrubí umístěnými uvnitř pouzdra kolem osy otáčení turbíny. Přídavná přepážka je vytvořena uvnitř skříně zařízení v rovině kolmé k ose otáčení turbíny s obvodem rovným obvodu stěn skříně zařízení rovnoběžných s ní. V přídavné přepážce je koaxiální s osou otáčení turbíny vytvořen otvor, jehož průměr je roven maximálnímu průměru vnější stěny potrubí radiální části difuzoru. Ve spodní části přídavné přepážky jsou symetricky a "zrcadlově" vytvořeny průchozí drážky vzhledem ke svislé ose uvedené přepážky. Po obvodu průchozích drážek jsou nehybně a hermeticky instalovány duté schránky ve tvaru komolých jehlanů se dvěma zakřivenými plochami. Menší základny uvedených komolých jehlanů směřují k turbíně zařízení, prostor od horní hrany přídavné přepážky k horní hraně stěny skříně obsahující vstup zařízení je uzavřen utěsněnou plochou stěnou. Vynález zlepšuje účinnost zařízení a účinnost. závod s plynovou turbínou. 3 nemocný.

Vynález se týká konstrukce nosných nebo montážních zařízení pro výstup turbíny. Výstupní zařízení turbíny obsahuje duté aerodynamicky profilované hřebeny umístěné za oběžným kolem posledního turbínového stupně a aerodynamicky profilované obrysy. Obrysy jsou tvořeny předními a zadními lopatkami umístěnými mezi regály s přesazením vůči sobě navzájem. Střední linie vstupních úseků obrysů a vstupní úseky profilovaných hřebenů jsou natočeny ve směru otáčení oběžného kola posledního turbínového stupně pod úhlem 20-40° k jeho podélné ose. Středové linie výstupních úseků okruhů směřují podél podélné osy turbíny. Listy jsou instalovány s přesazením vůči sobě o vzdálenost rovnající se 0,03÷0,15 délky tětivy předního listu. Po délce obrysové tětivy jsou lopatky instalovány v poloze lícující s přední stranou odtokové hrany přední lopatky a přední stranou odtokové hrany zadní lopatky nebo jsou vůči ní posunuty. Počet obvodů instalovaných mezi stojany je určen vztahem chráněným tímto vynálezem. ÚČINEK: vynález umožňuje zvýšit účinnost posledního stupně turbíny a také snížit víření výstupního proudu. 3 nemocný.

[0001] Vynález se týká výfukových zařízení a může být použit jako součást plynové kompresorové jednotky se zařízením na plynovou turbínu. Výfukové zařízení obsahuje difuzor, adaptér s žebry rozdělujícími průtok a kazetový tlumič hluku umístěný pod úhlem 30-60° k ose adaptéru. Každá z kazet tlumiče se skládá z výkonového rámu opláštěného plechy, mezi nimiž je dutina vyplněna materiálem pohlcujícím zvuk. Na straně nakloněné k difuzoru jsou kazety opláštěny perforovaným plechem a na opačné straně - plné. ÚČINEK: vynález umožňuje zvýšit účinnost redukce hluku ve výstupním zařízení zajištěním rovnoměrného pohybu proudění. 2 nemocný.

Vynález se týká strojírenství a může být použit ve výfukovém traktu plynové kompresorové jednotky nebo elektrárny s plynovou turbínou. Difuzor výfukové cesty zařízení s plynovou turbínou obsahuje plášť s přírubami, plášť kryjící plášť a zvukovou izolaci umístěnou mezi pláštěm a pláštěm. Skořepina je vyrobena z pohyblivých, teleskopicky spojených částí s omezovači pohybu. Pouzdro je tvořeno elastickým materiálem, např. tkaninou "Atom", upevněným na skořepině. Vynález zlepší spolehlivost konstrukce difuzoru a také sníží jeho spotřebu kovu. 3 nemocný.

Výstup pro použití s ​​vícestupňovou turbínou je konfigurován pro směrování páry z turbíny do kondenzátoru a zahrnuje nosný kužel obklopující rotor turbíny, vedení a vodicí víčko. Vedení je umístěno radiálně vně podpěrného kužele, zatímco vedení a podpěrný kužel jsou konfigurovány pro směrování tekutiny z turbíny. Vodicí víčko se rozprostírá od okraje a zadního povrchu vodítka k turbíně a pomáhá předcházet vytváření vírů tekutiny na výstupu. Další vynález skupiny se týká parní turbíny, včetně výše uvedené výstupní trubky. EFEKT: skupina vynálezů umožňuje zvýšit výkon turbíny. 2 n. a 6 z.p. f-ly, 5 nemocných.

Vynález se týká energie. Část nízkotlaké parní turbíny včetně regulačního prvku na vstupu, skupiny stupňů s mezikomory a výfukového potrubí napojeného na kondenzátor, rozdělené potrubním systémem na vstupní a výstupní objemy, přičemž výstupní objem kondenzátor je připojen k mezikomoře např. před posledním stupněm obtokovým potrubím s ventilem. Navržené technické řešení je založeno na provozu posledního nízkotlakého stupně při nízkých průtokech páry, kdy jeho oběžné kolo nevyrábí energii, ale přijímá ji od rotoru a vynakládá ji na čerpání páry do výfuku. Při tomto "kompresorovém" režimu provozu je tlak před posledním stupněm nižší než v kondenzátoru. To umožňuje směrovat do komory před posledním stupněm páru ochlazenou potrubním systémem kondenzátoru, zatímco proudí z jejího vstupního objemu do výstupního objemu. Nárokovaný vynález umožňuje zvýšit spolehlivost a účinnost parní turbíny při nízkých průtokech páry skupinou stupňů nízkotlaké části snížením ventilačního ohřevu průtokové části a odstraněním jeho následků bez použití chlazení. vlhkostní injektáže, které zvyšují erozi, a bez zvýšení průtoku pracovní páry, což snižuje dodávku tepla a elektřiny. 1 nemocný.

Vynález se týká oblasti leteckých plynových turbínových motorů, zejména uzlu umístěného mezi vysokotlakou turbínou a nízkotlakou turbínou vnitřního okruhu obtokového leteckého motoru.