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 struktura s vodicí lopatkou, kterou prochází vzduch, předem stlačený nízkotlakým kompresorem, obchází 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 s třímetrovým průměrem a nepotřebují to, protože v jejich případě není prioritou ani tak hospodárnost, jako 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.

[0001] Vynález se týká nízkotlakých turbín motorů s plynovou turbínou pro letecké aplikace. Nízkotlaká turbína motoru s plynovou turbínou obsahuje rotor, stator se zadní podpěrou, labyrintové těsnění s vnitřní a vnější přírubou na zadní podpěře statoru. Labyrintové těsnění turbíny je provedeno ve dvou úrovních. Vnitřní vrstva je tvořena dvěma labyrintovými těsnícími hřebeny směřujícími k ose turbíny a pracovní plocha vnitřní příruby labyrintového těsnění směřující k průtokové dráze turbíny. Vnější vrstvu tvoří těsnící hřebeny labyrintu směřující k průtokové dráze turbíny a pracovní plocha vnější příruby labyrintového těsnění směřující k ose turbíny. Těsnící hřebeny labyrintu vnitřního patra labyrintového těsnění jsou vyrobeny s rovnoběžnými vnitřními stěnami, mezi kterými je instalován tlumicí kroužek. Vnější příruba labyrintového těsnění je vyrobena s vnější uzavřenou prstencovou vzduchovou dutinou. Mezi průtokovou dráhou turbíny a vnější přírubou labyrintového těsnění je na zadní podpěře statoru namontována prstencová přepážka. Pracovní plocha vnitřní příruby labyrintové ucpávky je umístěna tak, aby poměr vnitřního průměru na výstupu z průtokové dráhy turbíny k průměru pracovní plochy vnitřní příruby labyrintové ucpávky byl 1,05 1,5. Vynález zlepšuje spolehlivost nízkotlaké turbíny motoru s plynovou turbínou. 3 nemocný.

Výkresy k RF patentu 2507401

[0001] Vynález se týká nízkotlakých turbín motorů s plynovou turbínou pro letecké aplikace.

Je známá nízkotlaká turbína motoru s plynovou turbínou se zadní podpěrou, u které je labyrintové těsnění oddělující zadní výtlačnou dutinu turbíny od průtokové dráhy na výstupu z turbíny provedeno jako jednovrstvé. (S.A. Vyunov, "Konstrukce a konstrukce leteckých plynových turbínových motorů", Moskva, "Inženýrství", 1981, str. 209).

Nevýhodou známého provedení je nízká tlaková stabilita ve vyprazdňovací dutině turbíny v důsledku nestabilní hodnoty radiálních mezer v labyrintové ucpávce, zejména při proměnných provozních režimech motoru.

Nárokované konstrukci se nejvíce blíží nízkotlaká turbína motoru s plynovou turbínou, včetně rotoru, statoru se zadní podpěrou, labyrintového těsnění s vnitřní a vnější labyrintovou přírubou namontovanou na zadní podpěře statoru (US patent č. 7905083, F02K 3/02, 03/15/2011).

Nevýhodou známého provedení, braného jako prototyp, je zvýšená hodnota axiální síly rotoru turbíny, která snižuje spolehlivost turbíny a motoru jako celku v důsledku nízké spolehlivosti ložiska s kosoúhlým stykem, které vnímá zvýšenou axiální sílu rotoru turbíny.

Technickým výsledkem nárokovaného vynálezu je zvýšení spolehlivosti nízkotlaké turbíny motoru s plynovou turbínou snížením velikosti axiální síly rotoru turbíny a zajištěním stability axiální síly při provozu v přechodových podmínkách.

Stanoveného technického výsledku je dosaženo tím, že u nízkotlaké turbíny motoru s plynovou turbínou, včetně rotoru, statoru se zadní podpěrou, labyrintového těsnění vyrobeného s vnitřní a vnější přírubou namontovanou na zadní podpěře statoru , labyrintová ucpávka turbíny je provedena ve dvou vrstvách, přičemž vnitřní vrstva labyrintové ucpávky je tvořena dvěma těsnícími hřebeny labyrintu směřujícími k ose turbíny a pracovní plochou vnitřní příruby labyrintové ucpávky směřující k průtokové dráze turbíny a vnější vrstva labyrintového těsnění je tvořena těsnícími hřebeny labyrintu směřujícími k průtokové dráze turbíny a pracovní plochou vnější příruby labyrintového těsnění směrovanou k ose turbína a těsnící hřebeny labyrintu vnitřního patra labyrintového těsnění jsou vyrobeny s rovnoběžnými vnitřními stěnami, mezi nimiž je instalován tlumicí kroužek, a vnější příruba labyrintového těsnění je vyrobena s vnější uzavřenou prstencovou vzduchovou dutinou přičemž mezi průtokovou dráhou turbíny a vnější přírubou labyrintové ucpávky je na zadní podpěře statoru upevněna prstencová bariérová stěna a pracovní plocha vnitřní příruby labyrintové ucpávky je umístěna tak, že je splněna následující podmínka:

kde D je vnitřní průměr na výstupu z průtokové dráhy turbíny,

Labyrintová ucpávka na výstupu z nízkotlaké turbíny je dvouvrstvá, přičemž vrstvy ucpávky jsou uspořádány tak, že vnitřní vrstvu tvoří dva labyrintové těsnící hřebeny směřující k ose turbíny a pracovní plocha vnitřní labyrintové ucpávky. příruba směřuje k průtokové dráze turbíny a vnější patro je vytvořeno směrované k průtokové dráze turbíny těsnící hřebeny labyrintu a pracovní plochy vnější příruby labyrintového těsnění směřující k ose turbíny, umožňuje zajistit spolehlivý provoz labyrintové ucpávky v přechodových režimech provozu turbíny, což zajišťuje stabilitu axiální síly působící na rotor turbíny a zvyšuje její spolehlivost.

Provedení těsnících vroubků labyrintu vnitřního patra těsnění s rovnoběžnými vnitřními stěnami, mezi nimiž je instalován tlumicí kroužek, snižuje vibrační namáhání v labyrintu a zmenšuje radiální mezery mezi vroubky labyrintu a přírubami labyrintu. labyrintové těsnění.

Provedení vnější příruby labyrintového těsnění s vnější uzavřenou vzduchovou dutinou, jakož i umístění prstencové bariérové ​​stěny instalované na zadní podpěře statoru mezi průtokovou dráhou turbíny a vnější přírubou labyrintového těsnění, může výrazně snížit rychlost zahřívání a ochlazování vnější příruby labyrintového těsnění v přechodových režimech, čímž se přibližuje rychlosti zahřívání a ochlazování vnější vrstvy labyrintového těsnění, což zajišťuje stabilitu radiálních vůlí mezi statoru a rotoru v ucpávce a zvyšuje spolehlivost nízkotlaké turbíny udržováním stabilního tlaku v odlehčovací dutině po turbíně.

Volba poměru D/d=1,05 1,5 je způsobena tím, že při D/d<1,05 снижается надежность работы лабиринтного уплотнения из-за воздействия на уплотнение высокотемпературного газа, выходящего из турбины низкого давления.

Když D/d>1,5 snižuje spolehlivost motoru s plynovou turbínou snížením axiální odlehčovací síly působící na rotor nízkotlaké turbíny.

Obrázek 1 znázorňuje podélný řez nízkotlakou turbínou motoru s plynovou turbínou.

Obrázek 2 - prvek I na obrázku 1 ve zvětšeném pohledu.

Obrázek 3 - prvek II na obrázku 2 ve zvětšeném pohledu.

Nízkotlaká turbína 1 motoru s plynovou turbínou se skládá z rotoru 2 a statoru 3 se zadní podpěrou 4. Pro snížení axiálních sil od plynových sil působících na rotor 2 na jeho výstupu byla vytvořena vykládací dutina 6 zvýšeného tlaku. , která je nafouknutá vzduchem díky mezistupni kompresoru (neznázorněno) a je oddělena od průtokové dráhy 7 turbíny 1 dvouvrstvým labyrintovým těsněním a labyrint 8 těsnění je upevněn závitovým spojení 9 na kotouči posledního stupně 5 rotoru 2 a vnitřní příruba 10 a vnější příruba 11 labyrintového těsnění jsou upevněny na zadní podpěře 4 statoru 3. Vnitřní vrstva labyrintového těsnění je vytvořena pracovní plochou 12 vnitřní příruby 10, směřující (směřující) k průtokové dráze 7 turbíny 1, a dvěma těsnícími hřebeny 13, 14 labyrintu 8 směřujícími k ose 15 turbíny 1. Vnitřní stěny 16 17 vřeten 13, 14 jsou vzájemně rovnoběžné. Mezi vnitřními stěnami 16 a 17 je instalován tlumicí kroužek 18, který pomáhá snižovat vibrační namáhání v labyrintu 8 a zmenšovat radiální mezery 19 a 20 mezi labyrintem 8 rotoru 2 a přírubami 10, 11. Vnější vrstva labyrintového těsnění je tvořena pracovní plochou 21 vnější příruby 11, směřující (směřující) k ose 15 turbíny 1, a těsnicími vroubky 22 labyrintu 8 směřujícími k průtokové dráze 7 turbiny 1. turbína 1. Vnější příruba 11 labyrintového těsnění je vytvořena s vnější uzavřenou prstencovou vzduchovou dutinou 23 ohraničenou zvenčí stěnou 24 vnější příruby 11. Mezi stěnou 24 vnější příruby 11 labyrintového těsnění a průtokové cestě 7 turbíny 1 je na zadní podpěře 4 statoru 3 namontována prstencová bariérová stěna 25, která chrání vnější přírubu 11 před proudem 26 vysokoteplotního plynu proudícím v průtokové dráze 7 turbíny 1.

Pracovní plocha 12 vnitřní příruby 10 labyrintového těsnění je umístěna tak, aby byla splněna podmínka:

kde D je vnitřní průměr průtokové části 7 turbíny 1 (na výstupu z průtokové části 7);

d je průměr pracovní plochy 12 vnitřní příruby 10 labyrintového těsnění.

Zařízení funguje následovně.

Při provozu nízkotlaké turbíny 1 může být teplotní stav vnější příruby 11 labyrintové ucpávky ovlivněn změnou teploty proudu 26 plynu v průtokové dráze 7 turbíny 1, která se může výrazně změnit. radiální vůle 19 a axiální síla působící na rotor 2 v důsledku změny tlaku vzduchu ve vykládací dutině 6. K tomu však nedochází, protože vnitřní příruba 10 vnitřního patra labyrintového těsnění je pro labyrintové těsnění nepřístupná. vliv proudění plynu 26, který přispívá ke stabilitě radiální vůle 20 mezi vnitřní přírubou 10 a labyrintovými hřebeny 13, 14, jakož i ke stabilitě tlaku v dutině 6 a stabilitě působící axiální síly. na rotoru 2 turbíny 1.

NÁROK

Nízkotlaká turbína motoru s plynovou turbínou včetně rotoru, statoru se zadní podpěrou, labyrintovým těsněním s vnitřní a vnější přírubou namontovanou na zadní podpěře statoru, vyznačující se tím, že labyrintové těsnění turbíny je vyrobeno ve dvou vrstvách, přičemž vnitřní vrstva labyrintového těsnění je tvořena dvěma hřebeny labyrintové ucpávky směřujícími k ose turbíny a pracovní plochou vnitřní příruby labyrintové ucpávky směřující k průtokové dráze turbíny, a vnější vrstvu labyrintového těsnění tvoří těsnící hřebeny labyrintu směřující k průtokové dráze turbíny a pracovní plocha vnější příruby labyrintového těsnění směřující k ose turbíny a těsnění vřeten labyrintu vnitřního patra labyrintového těsnění jsou vyrobeny s rovnoběžnými vnitřními stěnami, mezi nimiž je instalován tlumicí kroužek, a vnější příruba labyrintového těsnění je vyrobena s vnější uzavřenou prstencovou vzduchovou dutinou, přičemž mezi dráhou proudění turbína a vnější příruba labyrintové ucpávky je na zadní podpěře statoru instalována prstencová bariérová stěna a pracovní plocha vnitřní příruby labyrintové ucpávky je umístěna tak, že je splněna následující podmínka:

D/d = 1,05 1,5, kde

D je vnitřní průměr na výstupu z průtokové dráhy turbíny,

d je průměr pracovní plochy vnitřní příruby labyrintového těsnění.

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/

1. Popis konstrukce

síla turbínového motoru výkon

1.1 AL-31F

AL-31F je dvouokruhový dvouhřídelový proudový motor se směšovacími proudy vnitřního a vnějšího okruhu za turbínou, přídavným spalováním společným pro oba okruhy a nastavitelnou nadzvukovou tryskou pro všechny režimy. Nízkotlaký axiální 3-stupňový kompresor s nastavitelnou vstupní vodicí lopatkou (VNA), vysokotlaký axiální 7-stupňový kompresor s nastavitelným VNA a vodicími lopatkami prvních dvou stupňů. Turbíny vysokotlaké a nízkotlaké - axiální jednostupňové; lopatky turbín a tryskových zařízení jsou chlazeny. Hlavní spalovací komora je prstencová. V konstrukci motoru jsou široce používány slitiny titanu (až 35 % hmotnosti) a žáruvzdorné oceli.

1.2 Turbína

Obecná charakteristika

Turbína motoru je axiální, proudová, dvoustupňová, dvouhřídelová. Prvním stupněm je vysokotlaká turbína. Druhým stupněm je nízký tlak. Všechny lopatky a disky turbíny jsou chlazeny.

Hlavní parametry (H=0, M=0, režim "Maximum") a materiály částí turbíny jsou uvedeny v tabulkách 1.1 a 1.2.

Tabulka 1.1

Parametr
Stupeň snížení celkového tlaku plynu
Účinnost turbíny z hlediska parametrů stagnujícího proudění
Obvodová rychlost na obvodu lopatek, m/s
Otáčky rotoru, ot./min
Poměr rukávů
Teplota plynu na vstupu do turbíny
Spotřeba plynu, kg/s
Parametr zatížení, m/s

Tabulka 1.2

Konstrukce vysokotlaké turbíny

Vysokotlaká turbína je určena k pohonu vysokotlakého kompresoru a také pohonných a leteckých agregátů namontovaných na převodovkách. Turbína se konstrukčně skládá z rotoru a statoru.

Vysokotlaký rotor turbíny

Rotor turbíny se skládá z lopatek rotoru, disku a čepu.

Pracovní čepel je litá, dutá s polosmyčkovým prouděním chladicího vzduchu.

Ve vnitřní dutině jsou za účelem organizování proudění chladicího vzduchu uspořádány žebra, přepážky a turbulátory.

V následných sériích je lopatka s polosmyčkovým chladicím schématem nahrazena lopatkou s cyklonově-vírovým chladicím schématem.

Ve vnitřní dutině je podél náběžné hrany vytvořen kanál, ve kterém se stejně jako v cyklonu vytváří proudění vzduchu s vířením. K víření vzduchu dochází v důsledku jeho tangenciálního přívodu do kanálu přes otvory přepážky.

Z kanálu je vzduch vytlačován otvory (perforací) stěny čepele na zadní stranu čepele. Tento vzduch vytváří na povrchu ochranný film.

Ve střední části čepele na vnitřních plochách jsou kanály, jejichž osy se protínají. V kanálech se vytváří turbulentní proudění vzduchu. Turbulence proudu vzduchu a zvětšení kontaktní plochy zajišťují zvýšení účinnosti přenosu tepla.

V oblasti odtokové hrany jsou vyrobeny turbulátory (mosty) různých tvarů. Tyto turbulátory zintenzivňují přenos tepla a zvyšují pevnost lopatky.

Profilová část čepele je od zámku oddělena poličkou a prodlouženou nohou. Police čepelí, dokovací, tvoří kónický plášť, který chrání aretační část čepele před přehřátím.

Prodloužená noha, zajišťující vzdálenost vysokoteplotního proudu plynu od zámku a disku, vede ke snížení množství přenášeného tepla z profilové části na zámek a disk. Navíc podlouhlý dřík s relativně nízkou ohybovou tuhostí snižuje úroveň vibračního namáhání v profilové části čepele.

Třícípý zámek rybí kosti zajišťuje přenos radiálního zatížení z lopatek na kotouč.

Zub, vyrobený v levé části zámku, fixuje čepel proti pohybu po proudu a drážka spolu s fixačními prvky zajišťuje, aby se čepel nepohybovala proti proudu.

Na obvodovou část lopatky byl pro usnadnění záběhu při dotyku statoru a následně pro zamezení zničení lopatky zhotoven vzorek na jejím konci

Pro snížení úrovně vibračního namáhání pracovních lopatek jsou mezi nimi pod policemi umístěny tlumiče s krabicovitým designem. Při otáčení rotoru působením odstředivých sil jsou tlumiče přitlačovány k vnitřním plochám polic vibračních lopatek. Vlivem tření v místech styku dvou sousedních přírub na jednom tlumiči dojde k rozptýlení energie vibrací lopatek, což zajišťuje snížení úrovně vibračních napětí v lopatkách.

Turbínový kotouč je vyražen a následuje obrábění. V obvodové části kotouče jsou drážky typu „Rybí kost“ pro upevnění 90 listů rotoru, drážky pro uložení deskových zámků pro axiální fixaci listů a šikmé otvory pro přívod vzduchu, který ochlazuje listy rotoru.

Vzduch je odebírán z přijímače tvořeného dvěma přírubami, levým bočním povrchem disku a vírníkem. Vyvažovací závaží jsou umístěna pod spodním ramenem. Na pravé rovině stojiny kotouče je osazení labyrintového těsnění a osazení používané při demontáži kotouče. Na stupňovité části kotouče jsou vytvořeny válcové otvory pro osazení šroubů spojujících hřídel, kotouč a čep rotoru turbíny.

Axiální fixace pracovní čepele je provedena zubem s lamelovým zámkem. Do drážek lopatek ve třech místech kotouče, kde jsou provedeny výřezy, je vložen lamelový zámek (jeden pro dvě lopatky) a zrychluje po celém obvodu koruny lopatky. Lamelové zámky, instalované v místě výřezů v disku, mají speciální tvar. Tyto zámky jsou namontovány v deformovaném stavu a po narovnání vstupují do drážek lopatek. Při rovnání lamelového zámku jsou lopatky podepřeny z opačných konců.

Rotor je vyvážen závažím upevněným v drážce osazení disku a upevněným v zámku. Ocas zámku je ohnutý na vyvažovacím závaží. Místo ohybu je kontrolováno na nepřítomnost trhlin kontrolou přes lupu. Rotor lze vyvažovat pohybem lopatek, povoleno je ořezávání konců závaží. Zbytková nerovnováha není větší než 25 gcm.

Disk s čepem a HPC hřídelí jsou spojeny lícovanými šrouby. Hlavy šroubů jsou fixovány proti otáčení destičkami ohnutými na zářezech hlav. Šrouby jsou chráněny před podélným pohybem vyčnívajícími částmi hlav zahrnutých v prstencové drážce hřídele.

Čep zajišťuje oporu rotoru na válečkovém ložisku (mezirotorové ložisko).

Čepová příruba je vystředěna a spojena s kotoučem turbíny. Na vnějších válcových drážkách čepu je umístěna manžeta labyrintových těsnění. Axiální a obvodová fixace labyrintů se provádí radiálními čepy. Aby čepy vlivem odstředivých sil nevypadly, po jejich zalisování jsou otvory v pouzdrech rozšířeny.

Na vnější části dříku čepu pod labyrinty je kontaktní těsnění upevněné přelitou maticí. Matice je zajištěna talířovým zámkem.

Uvnitř čepu ve válcových řemenech jsou vystředěna pouzdra kontaktního a labyrintového těsnění. Pouzdra jsou držena převlečnou maticí zašroubovanou do čepových závitů. Matice je zajištěna ohnutím antén korunky do koncových drážek čepu.

V pravé části vnitřní dutiny čepu je umístěn vnější kroužek válečkového ložiska, který je držen korunkovou maticí zašroubovanou do závitu čepu, který je zajištěn stejným způsobem.

Kontaktní těsnění tvoří dvojice ocelových pouzder a grafitových kroužků. Mezi grafitovými kroužky jsou umístěny ploché pružiny pro zaručený kontakt párů. Mezi ocelovými pouzdry je umístěno distanční pouzdro zabraňující přiskřípnutí mechanické kontaktní ucpávky.

Vysokotlaký stator turbíny

Stator vysokotlaké turbíny se skládá z vnějšího kroužku, bloků lopatek trysek, vnitřního kroužku, vířivého aparátu, těsnění s HPT vložkami.

Vnější kroužek je válcový plášť s přírubou. Kroužek je umístěn mezi skříní spalovací komory a skříní LPT.

Ve střední části vnějšího prstence je vytvořena drážka, podél které je vystředěna dělicí stěna výměníku tepla.

V levé části vnějšího prstence je na šrouby připevněn horní prstenec, který je podpěrou plamence spalovací komory a zajišťuje přívod chladicího vzduchu pro ofukování vnějších polic lopatek tryskového aparátu.

Na pravé straně vnějšího kroužku je instalováno těsnění. Těsnění se skládá z prstencové rozpěrky se síty, 36 sektorových vložek HPT a sektorů pro připevnění HPT vložek k rozpěrce.

Na vnitřním průměru HPT vložek je vytvořen prstencový závit, aby se zmenšila povrchová plocha při dotyku lopatek vysokotlakého rotoru, aby se zabránilo přehřátí obvodové části lopatek rotoru.

Těsnění je připevněno k vnějšímu kroužku pomocí vyvrtaných kolíků. Těmito vývrty je k HPT vložkám přiváděn chladicí vzduch.

Přes otvory ve vložkách je chladicí vzduch vytlačován do radiální mezery mezi vložkami a lopatkami rotoru.

Mezi vložky jsou instalovány desky pro snížení průtoku horkého plynu.

Při montáži těsnění jsou HPT vložky připevněny k distanční vložce v sektorech pomocí čepů. Toto upevnění umožňuje, aby se HPT vložky při zahřívání během provozu pohybovaly vůči sobě navzájem a rozpěrkám.

Lopatky tryskového zařízení jsou spojeny do 14 třílistých bloků. Bloky lopatek jsou lité, se zasunutými deflektory a připájenými na dvou místech s připájeným spodním krytem s čepem. Odlévaná konstrukce bloků s vysokou tuhostí zajišťuje stabilitu úhlů instalace lopatek, snížení úniku vzduchu a v důsledku toho zvýšení účinnosti turbíny, navíc je taková konstrukce technologicky vyspělejší .

Vnitřní dutina lopatky je přepážkou rozdělena na dva oddíly. V každém oddělení jsou deflektory s otvory, které zajišťují proudění chladicího vzduchu na vnitřní stěny čepele. Náběžné hrany lopatek jsou perforované.

V horní polici bloku je 6 závitových otvorů, do kterých jsou zašroubovány šrouby pro upevnění bloků tryskových zařízení k vnějšímu kroužku.

Spodní police každého bloku lopatek má čep, podél kterého je vnitřní kroužek vystředěn skrz pouzdro.

Profil kotce s přilehlými plochami polic je hlinitokřemičitý. Tloušťka povlaku 0,02-0,08 mm.

Pro snížení proudění plynu mezi bloky jsou jejich spoje utěsněny deskami vloženými do štěrbin na koncích bloků. Drážky v koncích bloků jsou vyrobeny elektroerozivní metodou.

Vnitřní kroužek je vyroben ve formě pláště s pouzdry a přírubami, ke kterému je přivařena kuželová membrána.

Na levé přírubě vnitřního kroužku je šrouby připevněn kroužek, na kterém spočívá plamenec a kterým je přiváděn vzduch, foukající vnitřní police lopatek tryskového aparátu.

V pravé přírubě je šrouby upevněna vířivá aparatura, což je svařovaná skořepinová konstrukce. Vířicí zařízení je navrženo tak, aby přivádělo a ochlazovalo vzduch proudící k lopatkám rotoru v důsledku zrychlení a víření ve směru otáčení turbíny. Pro zvýšení tuhosti vnitřního pláště jsou k němu přivařeny tři výztužné profily.

Ke zrychlení a víření chladicího vzduchu dochází ve sbíhavé části vířivého zařízení.

Zrychlení vzduchu zajišťuje snížení teploty vzduchu používaného k chlazení lopatek rotoru.

Víření vzduchu zajišťuje vyrovnání obvodové složky rychlosti vzduchu a obvodové rychlosti disku.

Konstrukce nízkotlaké turbíny

Nízkotlaká turbína (LPT) je určena k pohonu nízkotlakého kompresoru (LPC). Konstrukčně se skládá z LPT rotoru, LPT statoru a LPT nosiče.

Nízkotlaký rotor turbíny

Rotor nízkotlaké turbíny se skládá z disku LPT s pracovními lopatkami upevněnými na disku, tlakového disku, čepu a hřídele.

Pracovní čepel je litá, chlazená radiálním prouděním chladicího vzduchu.

Ve vnitřní dutině je 11 řad po 5 kusech válcových čepů - turbulátorů spojujících hřbet a žlab lopatky.

Obvodový plášť snižuje radiální vůli, což vede ke zvýšení účinnosti turbíny.

V důsledku tření kontaktních ploch polic věnce sousedních lopatek rotoru klesá úroveň vibračního namáhání.

Profilová část lopatky je oddělena od aretační části policí, která tvoří hranici proudění plynu a chrání disk před přehřátím.

Čepel má zámek typu rybí kosti.

Odlévání čepele se provádí podle investičních modelů s povrchovou úpravou hlinitanem kobaltnatým, který zlepšuje strukturu materiálu obrušováním zrn v důsledku tvorby krystalizačních center na povrchu čepele.

Aby se zvýšila tepelná odolnost, jsou vnější povrchy polic s perem, pláštěm a zámkem podrobeny kluzné aluminosicilaci s tloušťkou povlaku 0,02-0,04.

Pro axiální fixaci lopatek proti pohybu proti proudu je na něm vytvořen zub, který dosedá na okraj disku.

Pro axiální fixaci lopatky proti pohybu po proudu je v aretační části lopatky v oblasti příruby vytvořena drážka, do které je vložen dělený kroužek se zámkem, který je kotoučem bráněn proti axiálnímu pohybu. rameno. Během instalace je kroužek v důsledku přítomnosti výřezu zvlněn a vložen do drážek lopatek a osazení disku vstupuje do drážky kroužku.

Upevnění děleného kroužku v provozním stavu je provedeno zámkem se svorkami, které jsou ohnuté na zámek a procházejí otvory v zámku a štěrbinami v osazení disku.

Turbínový kotouč - lisovaný, s následným opracováním. V obvodové zóně pro umístění lopatek jsou drážky typu "Rybí kost" a šikmé otvory pro přívod chladicího vzduchu.

Na kotoučové stojině jsou zhotoveny prstencové příruby, na které jsou umístěny labyrintové kryty a přítlačný labyrintový kotouč. Upevnění těchto částí se provádí pomocí čepů. Aby kolíky nevypadly, jsou otvory rozšířené.

Pro stlačování vzduchu přiváděného pro chlazení lopatek turbíny je zapotřebí tlakový kotouč s lopatkami. Pro vyvážení rotoru jsou na přítlačném kotouči upevněna vyvažovací závaží lamelovými svorkami.

Na náboji kotouče jsou také vyrobeny prstencové nákružky. Na levém rameni jsou instalovány labyrintové kryty, na pravém rameni je instalován čep.

Čep je navržen tak, aby podpíral nízkotlaký rotor na válečkovém ložisku a přenášel krouticí moment z disku na hřídel.

Pro připojení disku k čepu je na něm v obvodové části vytvořena vidlicová příruba, podél které se provádí centrování. Centrování a přenášení zatížení navíc probíhá přes radiální čepy, které labyrint brání vypadnutí.

Na čepu LPT je také upevněn labyrintový těsnicí kroužek.

Na obvodové válcové části čepu je vpravo umístěna mechanická kontaktní ucpávka a vlevo manžeta radiální kontaktní ucpávky. Pouzdro je vystředěno podél válcové části čepu a je fixováno v axiálním směru ohnutím hřebene.

V levé části čepu na válcové ploše jsou pouzdra pro přívod oleje do ložiska, vnitřní kroužek ložiska a těsnicí části. Balení těchto dílů je staženo převlečnou maticí, aretováno lamelovým zámkem. Na vnitřním povrchu čepu jsou vytvořeny drážky pro zajištění přenosu točivého momentu z čepu na hřídel. V těle čepu jsou otvory pro přívod oleje do ložisek.

V pravé části čepu na vnější drážce je vnitřní kroužek válečkového ložiska podpěry turbíny upevněn maticí. Krytá matice je zajištěna talířovým zámkem.

Hřídel nízkotlaké turbíny se skládá ze 3 částí spojených navzájem radiálními čepy. Pravá část hřídele se svými drážkami vstupuje do reciproční drážky čepu a přijímá z ní krouticí moment.

Axiální síly z čepu na hřídel jsou přenášeny maticí našroubovanou na dřík hřídele se závitem. Matice je zajištěna proti povolení drážkovaným pouzdrem. Koncové drážky pouzdra zapadají do koncových drážek hřídele a drážky na válcové části pouzdra zapadají do podélných drážkování matice. V axiálním směru je drážkové pouzdro fixováno stavěcími a dělenými kroužky.

Na vnějším povrchu pravé strany hřídele je radiálními čepy upevněn labyrint. Na vnitřní ploše hřídele je radiálními čepy upevněno drážkové pouzdro pohonu olejového čerpacího čerpadla z podpěry turbíny.

Na levé straně hřídele jsou provedeny drážky, které přenášejí krouticí moment na pružinu a následně na rotor nízkotlakého kompresoru. Na vnitřní ploše levé strany hřídele je vyříznut závit, do kterého je zašroubována matice, zajištěná axiálním čepem. Do matice je zašroubován šroub, který utahuje rotor nízkotlakého kompresoru a rotor nízkotlaké turbíny.

Na vnějším povrchu levé strany hřídele je radiální kontaktní těsnění, distanční pouzdro a válečkové ložisko s kuželovým ozubením. Všechny tyto díly jsou utaženy převlečnou maticí.

Kompozitní provedení shaftu umožňuje zvýšit jeho tuhost díky zvětšenému průměru střední části a také snížit hmotnost - střední část shaftu je vyrobena z titanové slitiny.

Nízkotlaký stator turbíny

Stator se skládá z vnějšího pouzdra, bloků lopatek trysky a vnitřního pouzdra.

Vnější skříň je svařovaná konstrukce skládající se z kuželového pláště a přírub, podél kterých je skříň spojena se skříní vysokotlaké turbíny a nosnou skříní. Vně je k tělu přivařeno síto, které tvoří kanál pro přívod chladicího vzduchu. Uvnitř jsou příruby, podél kterých je tryskové zařízení vystředěno.

V oblasti pravé příruby je patka, na kterou jsou instalovány LPT vložky s voštinou a upevněny radiálními čepy.

Lopatky tryskového zařízení za účelem zvýšení tuhosti v jedenácti třílopatkových blocích.

Každá čepel je litá, dutá, chlazená vnitřními deflektory. Průtočnou část tvoří pera, vnější a vnitřní police. Vnější police lopatek mají příruby, se kterými jsou vystředěny podél drážek vnějšího pláště.

Axiální fixace bloků lopatek trysek je provedena děleným kroužkem. Obvodová fixace lopatek se provádí pomocí výstupků těla, které jsou obsaženy ve štěrbinách vytvořených ve vnějších policích.

Vnější povrch polic a profilová část lopatek je pro zvýšení tepelné odolnosti aluminosicilován. Tloušťka ochranné vrstvy je 0,02-0,08 mm.

Pro snížení průtoku plynu mezi bloky lopatek jsou ve štěrbinách instalovány těsnicí desky.

Vnitřní police lopatek jsou zakončeny kulovými čepy, podél kterých je vystředěn vnitřní plášť, představující svařovanou konstrukci.

V žebrech vnitřního tělesa jsou vytvořeny drážky, které s radiální vůlí vstupují do vroubků vnitřních polic lopatek trysky. Tato radiální vůle poskytuje volnost pro tepelnou roztažnost lopatek.

Podpora turbíny ND

Podpěra turbíny se skládá z podpěrné skříně a ložiskové pouzdro.

Nosné těleso je svařovaná konstrukce sestávající z skořepin spojených sloupky. Stojany a skořepiny jsou chráněny před prouděním plynu nýtovanými síty. Na přírubách vnitřního pláště podpěry jsou upevněny kónické membrány nesoucí pouzdro ložiska. Na těchto přírubách je vlevo upevněno pouzdro labyrintového těsnění a vpravo je upevněno stínění chránící podpěru před prouděním plynu.

Na přírubách pouzdra ložiska je vlevo upevněno pouzdro kontaktního těsnění. Vpravo je kryt olejové dutiny a tepelný štít upevněny šrouby.

Ve vnitřním otvoru skříně je umístěno válečkové ložisko. Mezi pouzdrem a vnějším kroužkem ložiska je pružný kroužek a pouzdra. V prstenci jsou vytvořeny radiální otvory, kterými je při vibracích rotorů čerpán olej, do kterého je odváděna energie.

Axiální fixace kroužků se provádí krytem, ​​přitahovaným k podpěře ložiska šrouby. V dutině pod tepelným štítem je umístěno olejové odsávací čerpadlo a olejové trysky s potrubím. Ložiskové pouzdro má otvory, které přivádějí olej do tlumiče a trysek.

Chlazení turbíny

Systém chlazení turbíny - vzduch, otevřený, regulovaný diskrétními změnami proudění vzduchu přes výměník tepla vzduch-vzduch.

Náběžné hrany lopatek tryskového zařízení vysokotlaké turbíny mají konvekční filmové chlazení sekundárním vzduchem. Police tohoto tryskového zařízení jsou chlazeny sekundárním vzduchem.

Zadní pásy lopatek SA, kotoučové a rotorové listy LPT, skříně turbíny, lopatky SA turbíny ventilátoru a její disk na levé straně jsou chlazeny vzduchem procházejícím výměníkem vzduch-vzduch ( VHT).

Sekundární vzduch vstupuje do výměníku tepla otvory ve skříni spalovací komory, kde se ochladí o -150-220 K a prochází ventilovým aparátem k chlazení částí turbíny.

Vzduch sekundárního okruhu je přes opěrné nohy a otvory přiváděn k tlakovému disku, který zvýšením tlaku zajišťuje jeho přívod k pracovním lopatkám LPT.

Skříň turbíny je chlazena zvenku sekundárním vzduchem a zevnitř vzduchem z VVD.

Chlazení turbíny se provádí ve všech provozních režimech motoru. Chladicí okruh turbíny je znázorněn na obrázku 1.1.

V turbíně proudí energie

Setrvačné síly od listů rotoru přes zámky typu "Rybí kost" se přenesou na disk a nahrají jej. Nevyvážené setrvačné síly lopatkových kotoučů jsou přenášeny přes lícované šrouby na vysokotlakém rotoru a přes středící nákružky a radiální čepy na vysokotlakém rotoru na hřídel a čepy nesené ložisky. Radiální zatížení se přenáší z ložisek na části statoru.

Axiální složky plynových sil vznikajících na pracovních lopatkách HPT jsou přenášeny na kotouč v důsledku třecích sil na kontaktních plochách v zámku a „zubu“ lopatky proti kotouči. Na kotouči se tyto síly sčítají s axiálními silami vznikajícími z poklesu tlaku na kotouči a jsou přenášeny na hřídel přes utažené šrouby. Nasazené šrouby z této síly pracují v tahu. K axiální síle se přičítá axiální síla rotoru turbíny.

Vnější obrys

Vnější okruh je navržen tak, aby obcházel část proudu vzduchu stlačeného v LPC za LPC.

Konstrukčně se vnější obrys skládá ze dvou (předních a zadních) profilovaných pouzder, které jsou vnějším pláštěm produktu a používají se také pro upevnění komunikací a jednotek. Skořepiny vnějšího pouzdra jsou vyrobeny z titanové slitiny. Skříň je zařazena do silového obvodu výrobku, vnímá krouticí moment rotorů a částečně i hmotnost vnitřního obvodu a také přetěžovací síly při evoluci předmětu.

Přední kryt vnějšího okruhu má horizontální konektor pro přístup k HPC, CS a turbíně.

Profilování dráhy proudění vnějšího obrysu je zajištěno instalací vnějšího obrysu vnitřního síta do předního pláště, s ním spojeného radiálními výztuhami, které jsou zároveň výztužnými žebry předního pláště.

Zadní plášť vnějšího obrysu je válcový plášť ohraničený přední a zadní přírubou. Na zadním krytu z vnější strany jsou výztužné výztuhy. Příruby jsou umístěny na pouzdrech vnějšího pouzdra:

· Odebírat vzduch z vnitřního okruhu produktu po 4 a 7 stupních HPC a také z kanálu vnějšího okruhu pro potřeby zařízení;

· Pro zapalovače KS;

· Pro kontrolní okna HPC lopatek, kontrolní okna CS a kontrolní okna turbín;

· Pro komunikaci přívodu a odvodu oleje k podpěře turbíny, odvětrání vzduchové a olejové dutiny zadní podpěry;

· Vypouštění vzduchu do pneumatických válců trysek (RS);

· Pro upevnění páky zpětné vazby řídicího systému ON HPC;

· Pro komunikaci pro přívod paliva do CS, stejně jako pro komunikaci pro odvzdušnění po HPC do palivového systému produktu.

Náboje pro upevnění jsou také navrženy na těle vnějšího obrysu:

· Rozdělovač paliva; výměníky tepla palivový olej olejové nádrže;

· Palivový filtr;

· KND automatizační reduktor;

· Vypouštěcí nádrž;

· Zapalovací jednotka, komunikace systémů spouštění FC;

· Rámy s upevňovacími body pro trysku a regulátor přídavného spalování (RSF).

V průtokové části vnějšího okruhu jsou instalovány dvoukloubové komunikační prvky systému výrobku, které kompenzují tepelnou roztažnost v axiálním směru těles vnějšího a vnitřního okruhu při provozu výrobku. Roztažení pouzder v radiálním směru je kompenzováno smícháním dvoukloubových prvků, konstrukčně vyrobených podle schématu "píst-válec".

2. Výpočet pevnosti kotouče oběžného kola turbíny

2.1 Schéma výpočtu a počáteční údaje

Grafické znázornění HPT oběžného kotouče a výpočtový model kotouče jsou na obr. 2.1.Geometrické rozměry jsou uvedeny v tabulce 2.1. Podrobný výpočet je uveden v příloze 1.

Tabulka 2.1

Oddíl i

n - počet otáček disku v konstrukčním režimu je 12430 ot./min. Disk je vyroben z materiálu EP742-ID. Teplota podél poloměru disku není konstantní. - lopatkové (obrysové) zatížení, simulující působení odstředivých sil lopatek a jejich vzájemného spojení (kořeny lopatek a výstupky disku) na disk v návrhovém režimu.

Charakteristika materiálu kotouče (hustota, modul pružnosti, Poissonův koeficient, koeficient lineární roztažnosti, dlouhodobá pevnost). Při zadávání charakteristik materiálů se doporučuje použít hotová data z archivu materiálů zařazených do programu.

Zatížení obrysu se vypočítá podle vzorce:

Součet odstředivých sil per lopatek,

Součet odstředivých sil zámků (kořeny lopatek a výstupky disku),

Oblast obvodového válcového povrchu disku, přes kterou jsou na disk přenášeny odstředivé síly a:

Síly vypočítané podle vzorců

z- počet lopatek,

Oblast kořenové části peří čepele,

Napětí v kořenové části pera čepele, způsobené odstředivými silami. Výpočet tohoto napětí byl proveden v části 2.

Hmotnost prstence tvořeného zajišťovacími spoji lopatek s kotoučem,

poloměr setrvačnosti pojistného kroužku,

u - úhlová rychlost otáčení disku v konstrukčním režimu, vypočtená prostřednictvím otáček takto: ,

Hmotnost prstence a poloměr se vypočítá podle vzorců:

Plocha obvodového válcového povrchu disku se vypočítá podle vzorce 4.2.

Dosazením počátečních dat do vzorce pro výše uvedené parametry získáme:

Výpočet síly disku se provádí programem DI.EXE, dostupným na počítačové třídě 203 katedry.

Je třeba mít na paměti, že geometrické rozměry disku (poloměry a tloušťky) se zadávají do programu DI.EXE v centimetrech a zatížení obrysu - v (překlad).

2.2 Výsledky výpočtu

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 2.2.

Tabulka 2.2

První sloupce tabulky 2.2 představují počáteční údaje o geometrii disku a rozložení teploty podél poloměru disku. Sloupce 5-9 uvádějí výsledky výpočtu: radiální (radiální) a obvodová (obvodová) napětí, rezervy pro ekvivalentní napětí (např. ekv.) a lomové otáčky (cyl. sec.), jakož i prodloužení kotouče působením odstředivé síly a tepelné roztažnosti při různých poloměrech.

Nejmenší míra bezpečnosti z hlediska ekvivalentního napětí byla získána na základně disku. Přípustná hodnota. Pevnostní podmínka je splněna.

Nejmenší míra bezpečnosti pro lomové otáčky byla také dosažena na základně kotouče. Povolená hodnota. Pevnostní podmínka je splněna.

Rýže. 2.2 Rozložení napětí (poloměr a okolí) podél poloměru disku

Rýže. 2.3 Rozložení bezpečnostní meze (ekvivalentní meze napětí) podél poloměru disku

Rýže. 2.4 Rozložení bezpečnostní rezervy na vylamovací otáčky

Rýže. 2.5 Rozložení teploty, napětí (rad. a okolí) podél poloměru disku

Literatura

1. Khronin D.V., Vyunov S.A. atd. "Návrh a konstrukce leteckých motorů s plynovou turbínou". - M, Strojírenství, 1989.

2. "Motory s plynovou turbínou", A.A. Inozemtsev, V.L. Sandratsky, OJSC Aviadvigatel, Perm, 2006

3. Lebeděv S.G. Projekt předmětu z disciplíny "Teorie a výpočty lopatkových strojů", - M, MAI, 2009.

4. Perel L.Ya., Filatov A.A. Valivá ložiska. Adresář. - M, Strojírenství, 1992.

5. Program DISK-MAI, vyvinutý na katedře 203 MAI, 1993.

6. Inozemtsev A.A., Nikhhamkin M.A., Sandratsky V.L. „Motory s plynovou turbínou. Dynamika a síla leteckých motorů a elektráren. - M, Strojírenství, 2007.

7. GOST 2.105 - 95.

Hostováno na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

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


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


Termoplynodynamický výpočet motoru, profilace lopatek oběžných kol prvního stupně turbíny. Plynodynamický výpočet turbodmychadla a vývoj jeho konstrukce. Vypracování plánu zpracování kuželových kol. Analýza účinnosti motoru.

práce, přidáno 22.01.2012


Návrh dráhy proudění leteckého motoru s plynovou turbínou. Výpočet síly pracovní lopatky, turbínového kotouče, připojovacího bodu a spalovací komory. Technologický postup výroby přírub, popis a výpočet režimů zpracování pro operace.

práce, přidáno 22.01.2012


Popis konstrukce motoru. Termogasdynamický výpočet proudového obtokového motoru. Výpočet pevnosti a stability kotouče kompresoru, skříní spalovací komory a uzávěru lopatek prvního stupně vysokotlakého kompresoru.

semestrální práce, přidáno 03.08.2011


Výpočet pro dlouhodobou statickou pevnost prvků leteckého proudového motoru R-95Sh. Výpočet pracovní lopatky a disku prvního stupně nízkotlakého kompresoru na pevnost. Odůvodnění vzoru na základě patentové studie.

semestrální práce, přidáno 8.7.2013


Návrh pracovního procesu plynových turbínových motorů a vlastnosti plynodynamického výpočtu jednotek: kompresoru a turbíny. Prvky termogasdynamického výpočtu dvouhřídelového termoproudového motoru. Vysokotlaké a nízkotlaké kompresory.

test, přidáno 24.12.2010


Výpočet pevnosti prvků prvního stupně vysokotlakého kompresoru proudového obtokového motoru se směšovacími proudy pro bojový stíhač. Výpočet přídavků na obrábění pro vnější, vnitřní a koncové plochy rotace.

práce, přidáno 06.07.2012


Koordinace parametrů kompresoru a turbíny a její plynodynamický výpočet na počítači. Profilování lopatky oběžného kola a výpočet její pevnosti. Schéma procesu, provádění soustružnických, frézovacích a vrtacích operací, analýza účinnosti motoru.

práce, přidáno 03.08.2011


Stanovení dilatační práce (dostupný tepelný spád v turbíně). Výpočet procesu v tryskové aparatuře, relativní rychlost na vstupu do radaru. Výpočet pevnosti stopky, ohyb zubu. Popis hnací turbíny GTE, volba materiálu dílů.

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, OBĚŽNÉ KOLO, ZAŘÍZENÍ TRYSKY, STUPEŇ, VÝSTUPNÍ ÚHEL 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). Byl vypočten profil lopatky oběžného kola druhého stupně a následně konstrukce obrysu profilu v mříži ve třech úsecích.

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 spočítat:

;

.

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.

0

Vzduchové proudové motory podle způsobu předkomprese vzduchu před vstupem do spalovacího prostoru se dělí na kompresorové a nekompresorové. U bezkompresorových proudových motorů se používá rychlostní výška proudu vzduchu. V kompresorových motorech je vzduch stlačován kompresorem. Kompresorový vzduchový proudový motor je proudový motor (TRD). Skupina, nazývaná smíšené nebo kombinované motory, zahrnuje turbovrtulové motory (TVD) a obtokové proudové motory (DTRD). Konstrukce a provoz těchto motorů jsou však do značné míry podobné proudovým motorům. Často jsou všechny typy těchto motorů kombinovány pod obecným názvem plynové turbínové motory (GTE). Motory s plynovou turbínou používají jako palivo petrolej.

Proudové motory

Strukturální schémata. Proudový motor (obr. 100) se skládá ze sání, kompresoru, spalovací komory, plynové turbíny a výstupu.

Vstupní zařízení je určeno pro přívod vzduchu do kompresoru motoru. V závislosti na umístění motoru v letadle může být součástí konstrukce letadla nebo konstrukce motoru. Vstupní zařízení zvyšuje tlak vzduchu před kompresorem.

V kompresoru dochází k dalšímu zvýšení tlaku vzduchu. U proudových motorů se používají odstředivé kompresory (obr. 101) a axiální kompresory (viz obr. 100).

V axiálním kompresoru, když se rotor otáčí, lopatky, působící na vzduch, jej kroutí a nutí jej pohybovat se podél osy směrem k výstupu kompresoru.

U odstředivého kompresoru je při otáčení oběžného kola vzduch unášen lopatkami a působením odstředivých sil se pohybuje na periferii. Motory s axiálním kompresorem našly nejširší uplatnění v moderním letectví.

Axiální kompresor obsahuje rotor (rotační část) a stator (nehybná část), ke kterým je připojeno vstupní zařízení. Do vstupních zařízení jsou někdy instalovány ochranné síta, aby se do kompresoru nedostaly cizí předměty, které by mohly poškodit lopatky.

Rotor kompresoru sestává z několika řad profilovaných rotorových lopatek uspořádaných do kruhu a postupně se střídajících podél osy otáčení. Rotory jsou rozděleny na buben (obr. 102, a), disk (obr. 102, b) a buben-disk (obr. 102, c).

Stator kompresoru se skládá z prstencové sady profilovaných lopatek upevněných ve skříni. Řada pevných lopatek, nazývaná rovnačka, se spolu s řadou pracovních lopatek nazývá kompresorový stupeň.

Moderní letecké proudové motory využívají vícestupňové kompresory ke zvýšení účinnosti procesu stlačování vzduchu. Stupně kompresoru jsou vzájemně sladěny tak, aby vzduch na výstupu z jednoho stupně plynule obtékal lopatky dalšího stupně.

Potřebný směr vzduchu do dalšího stupně zajišťuje rovnačka. Ke stejnému účelu slouží i rozváděcí lopatka, instalovaná před kompresorem. U některých konstrukcí motoru může chybět vodicí lopatka.

Jedním z hlavních prvků proudového motoru je spalovací komora umístěná za kompresorem. Konstrukčně jsou spalovací komory trubkové (obr. 103), prstencové (obr. 104), trubkovitě prstencové (obr. 105).

Trubková (samostatná) spalovací komora se skládá z plamence a vnějšího pláště, vzájemně propojených závěsnými misky. Před spalovací komorou jsou instalovány vstřikovače paliva a vířič pro stabilizaci plamene. Plamenník má otvory pro přívod vzduchu, který zabraňuje přehřátí plamence. Zapalování směsi paliva a vzduchu v plamenných trubicích se provádí speciálními zapalovacími zařízeními instalovanými na samostatných komorách. Plamenné trubky jsou mezi sebou propojeny odbočnými trubkami, které zajišťují zapálení směsi ve všech komorách.

Prstencová spalovací komora je vytvořena ve formě prstencové dutiny tvořené vnějším a vnitřním pláštěm komory. V přední části prstencového kanálu je instalována prstencová plamence a v přední části plamence jsou instalovány vířiče a trysky.

Trubko-prstencová spalovací komora se skládá z vnějšího a vnitřního pláště tvořícího prstencový prostor, uvnitř kterého jsou umístěny jednotlivé plamence.

K pohonu kompresoru TRD je použita plynová turbína. V moderních motorech jsou plynové turbíny axiální. Plynové turbíny mohou být jednostupňové nebo vícestupňové (až šest stupňů). Mezi hlavní součásti turbíny patří trysková (vodicí) zařízení a oběžná kola, skládající se z kotoučů a lopatek rotoru umístěných na jejich věncích. Oběžná kola jsou připevněna k hřídeli turbíny a tvoří s ní rotor (obr. 106). Trysková zařízení jsou umístěna před pracovními lopatkami každého disku. Kombinace pevného tryskového aparátu a disku s pracovními lopatkami se nazývá turbínový stupeň. Lopatky rotoru jsou na kotouč turbíny připevněny zámkem na vánoční stromeček (obr. 107).

Výfukové zařízení (obr. 108) se skládá z výfukového potrubí, vnitřního kužele, hřebenu a trysky. V některých případech je z důvodu uspořádání motoru na letadle mezi výfukové potrubí a trysku instalováno prodlužovací potrubí. Proudové trysky mohou být s nastavitelnou i neregulovanou výstupní sekcí.

Princip činnosti. Na rozdíl od pístového motoru není pracovní proces v motorech s plynovou turbínou rozdělen do samostatných cyklů, ale probíhá nepřetržitě.

Princip činnosti proudového motoru je následující. Za letu proud vzduchu proti motoru prochází vstupem do kompresoru. Ve vstupním zařízení je vzduch předem stlačen a kinetická energie pohybujícího se proudu vzduchu je částečně přeměněna na potenciální tlakovou energii. Vzduch je v kompresoru vystaven výraznější kompresi. U proudových motorů s axiálním kompresorem, když se rotor rychle otáčí, lopatky kompresoru, stejně jako lopatky ventilátoru, ženou vzduch směrem do spalovací komory. V rovnačkách instalovaných za oběžnými koly každého stupně kompresoru se v důsledku difuzorového tvaru mezilopatkových kanálů kinetická energie proudění získaná v kole přeměňuje na potenciální tlakovou energii.

U motorů s odstředivým kompresorem je vzduch stlačován odstředivou silou. Vzduch vstupující do kompresoru je zachycován lopatkami rychle se otáčejícího oběžného kola a působením odstředivé síly je vrhán od středu k obvodu kompresorového kola. Čím rychleji se oběžné kolo otáčí, tím větší tlak generuje kompresor.

Díky kompresoru mohou proudové motory vytvářet tah při práci na místě. Účinnost procesu stlačování vzduchu v kompresoru

charakterizovaný stupněm zvýšení tlaku π to, což je poměr tlaku vzduchu na výstupu z kompresoru p 2 k tlaku atmosférického vzduchu p H

Vzduch stlačený na vstupu a kompresoru pak vstupuje do spalovací komory a rozdělí se na dva proudy. Jedna část vzduchu (primární vzduch), což je 25-35% celkového průtoku vzduchu, je nasměrována přímo do plamence, kde probíhá hlavní spalovací proces. Další část vzduchu (sekundární vzduch) proudí kolem vnějších dutin spalovací komory, ochlazuje je a na výstupu z komory se mísí se zplodinami spalování, čímž se teplota proudu plyn-vzduch snižuje na hodnotu určenou tepelná odolnost lopatek turbíny. Malá část sekundárního vzduchu vstupuje do spalovací zóny bočními otvory plamence.

Ve spalovací komoře tak vzniká směs paliva se vzduchem rozstřikováním paliva tryskami a smícháním s primárním vzduchem, spálením směsi a smícháním produktů spalování se sekundárním vzduchem. Při nastartování motoru dochází k zapálení směsi speciálním zapalovacím zařízením a při dalším chodu motoru dochází k zapálení směsi paliva a vzduchu již existujícím plamenem.

Proud plynu vytvořený ve spalovací komoře, který má vysokou teplotu a tlak, se řítí k turbíně přes zužující se tryskové zařízení. V kanálech tryskového zařízení se prudce zvyšuje rychlost plynu na 450-500 m/s a dochází k částečné přeměně tepelné (potenciální) energie na energii kinetickou. Plyny z tryskového aparátu vstupují do lopatek turbíny, kde se kinetická energie plynu přeměňuje na mechanickou práci rotace turbíny. Lopatky turbíny rotující společně s disky otáčejí hřídel motoru a tím zajišťují chod kompresoru.

V pracovních lopatkách turbíny může docházet buď pouze k procesu přeměny kinetické energie plynu na mechanickou práci rotace turbíny, nebo k další expanzi plynu s nárůstem jeho otáček. V prvním případě se plynová turbína nazývá aktivní, ve druhém - reaktivní. Ve druhém případě lopatky turbíny kromě aktivního účinku přicházejícího proudu plynu zažívají také reaktivní účinek v důsledku zrychlení proudění plynu.

Ke konečné expanzi plynu dochází ve výstupu motoru (tryska trysky). Zde se tlak proudu plynu snižuje a rychlost se zvyšuje na 550-650 m/s (v pozemských podmínkách).

Potenciální energie spalin v motoru se tedy během expanzního procesu (v turbíně a výstupní trysce) přeměňuje na kinetickou energii. Část kinetické energie v tomto případě jde do rotace turbíny, která zase otáčí kompresor, druhá část - ke zrychlení toku plynu (pro vytvoření tahu trysky).

Turbovrtulové motory

Zařízení a princip činnosti. Pro moderní letadla

s velkou nosností a letovým dosahem jsou zapotřebí motory, které by mohly vyvinout potřebný tah s minimální specifickou hmotností. Tyto požadavky splňují proudové motory. Jsou však neekonomické ve srovnání s instalacemi poháněnými vrtulí při nízkých rychlostech letu. V tomto ohledu některé typy letadel určené pro lety relativně nízkou rychlostí a s velkým doletem vyžadují zástavbu motorů, které by spojovaly výhody proudového motoru s výhodami zástavby s vrtulí při nízkých rychlostech letu. Mezi tyto motory patří turbovrtulové motory (TVD).

Turbovrtulový motor je letecký motor s plynovou turbínou, ve kterém turbína vyvine větší výkon, než je potřeba k otáčení kompresoru, a tento přebytečný výkon se využívá k otáčení vrtule. Schéma TVD je znázorněno na Obr. 109.

Jak je vidět ze schématu, turbovrtulový motor se skládá ze stejných součástí a sestav jako proudový motor. Na rozdíl od proudového motoru je však na turbovrtulovém motoru navíc namontována vrtule a převodovka. Pro získání maximálního výkonu motoru musí turbína vyvinout vysoké otáčky (až 20 000 ot./min.). Pokud se vrtule otáčí stejnou rychlostí, pak bude její účinnost extrémně nízká, protože vrtule dosahuje maximální účinnosti v konstrukčních letových režimech při 750-1 500 ot / min.

Pro snížení otáček vrtule oproti otáčkám plynové turbíny je v turbovrtulovém motoru instalována převodovka. U motorů s vysokým výkonem se někdy používají dvě protiběžné vrtule, přičemž chod obou vrtulí zajišťuje jedna převodovka.

U některých turbovrtulových motorů je kompresor poháněn jednou turbínou a vrtule druhou. To vytváří příznivé podmínky pro regulaci motoru.

Tah u divadla vytváří hlavně vrtule (až 90 %) a jen nepatrně díky reakci proudu plynu.

V turbovrtulových motorech se používají vícestupňové turbíny (počet stupňů je od 2 do 6), což je dáno potřebou provozovat velké tepelné spády na turbovrtulové turbíně než na proudové turbíně. Použití vícestupňové turbíny navíc umožňuje snížit její otáčky a následně i rozměry a hmotnost převodovky.

Účel hlavních prvků divadla se neliší od účelu stejných prvků proudového motoru. Pracovní postup divadla je také podobný jako u proudového letadla. Stejně jako u proudového motoru je proud vzduchu předem stlačený ve vstupním zařízení podroben hlavnímu stlačení v kompresoru a poté vstupuje do spalovací komory, do které je současně vstřikovačem vstřikováno palivo. Plyny vznikající při spalování směsi vzduch-palivo mají vysokou potenciální energii. Vrhnou se do plynové turbíny, kde téměř zcela expandují, produkují práci, která se pak přenáší na kompresor, vrtuli a pohony agregátů. Za turbínou je tlak plynu téměř stejný jako atmosférický tlak.

U moderních turbovrtulových motorů je tahová síla získaná pouze v důsledku reakce proudu plynu proudícího z motoru 10-20 % celkové tahové síly.

Obtokové proudové motory

Snaha zvýšit tahovou účinnost proudových motorů při vysokých podzvukových rychlostech letu vedla k vytvoření obtokových proudových motorů (DTJE).

Na rozdíl od konvenčního proudového motoru pohání u motoru s plynovou turbínou plynová turbína (kromě kompresoru a řady pomocných jednotek) nízkotlaký kompresor, jinak nazývaný ventilátor sekundárního okruhu. Ventilátor druhého okruhu DTRD může být poháněn i ze samostatné turbíny umístěné za kompresorovou turbínou. Nejjednodušší schéma DTRD je znázorněno na Obr. 110.

První (vnitřní) okruh DTRD je okruh konvenčního proudového motoru. Druhý (externí) okruh je prstencový kanál, v němž je umístěn ventilátor. Proto se obtokovým proudovým motorům někdy říká turboventilátory.

Práce DTRD je následující. Proud vzduchu na motoru vstupuje do sání vzduchu a poté jedna část vzduchu prochází přes vysokotlaký kompresor primárního okruhu, druhá část - přes lopatky ventilátoru (nízkotlaký kompresor) sekundárního okruhu. Protože okruh prvního okruhu je obvyklým okruhem proudového motoru, je pracovní postup v tomto okruhu podobný pracovnímu postupu v proudovém motoru. Činnost ventilátoru sekundárního okruhu je podobná činnosti vícelisté vrtule otáčející se v prstencovém potrubí.

DTRD lze použít i na nadzvukových letounech, ale v tomto případě je pro zvýšení jejich tahu nutné zajistit spalování paliva v sekundárním okruhu. Pro rychlé zvýšení (posílení) tahu DTRD se někdy spaluje přídavné palivo buď v proudu vzduchu sekundárního okruhu nebo za turbínou primárního okruhu.

Při spalování přídavného paliva v sekundárním okruhu je nutné zvětšit plochu jeho trysky, aby se provozní režimy obou okruhů nezměnily. Pokud tato podmínka není splněna, sníží se průtok vzduchu ventilátorem sekundárního okruhu v důsledku zvýšení teploty plynu mezi ventilátorem a tryskou sekundárního okruhu. To bude mít za následek snížení výkonu potřebného k otáčení ventilátoru. Pak pro udržení předchozích otáček motoru bude nutné snížit teplotu plynu před turbínou v primárním okruhu a tím dojde k poklesu tahu v primárním okruhu. Zvýšení celkového tahu bude nedostatečné a v některých případech může být celkový tah posíleného motoru menší než celkový tah běžného vznětového motoru. Posílení tahu je navíc spojeno s vysokou měrnou spotřebou paliva. Všechny tyto okolnosti omezují použití této metody zvyšování tahu. Zvýšení tahu DTRD však může být široce používáno při nadzvukových rychlostech letu.

Použitá literatura: "Základy letectví" autoři: G.A. Nikitin, E.A. Bakanov