Определение основных диаметральных размеров меридионального сечения турбины газогенератора

1. Определим значение ГДФ . Из рекомендованного диапазона выбирается значение приведенной осевой скорости на выходе из СА первой ступени ТВД. Значение ГДФ может быть найдено по таблицам для продуктов сгорания керосина () либо вычислено по формуле:

Примем , этой величине соответствует .

2. Вычисляется осевая площадь проточной части на входе и выходе из СА первой ступени:

3. Выбираем значение приведенной скорости потока на выходе из турбины ВД . Величина приведенной скорости обычно находится в интервале 0, 35...0, 55 для турбин ТРДД. По величине находим значение ГДФ .

Примем значение , этой величине соответствует .

4. Вычислим поперечную площадь проточной части на выходе из ТВД(угол выхода потока ):

5. Выбирается желаемое число ступеней турбины ВД

6. Выбираем значение параметра нагруженности турбины:

Наиболее предпочтительное значение параметра нагруженности для осевой турбины ТРДД обычно находится в диапазоне 0, 5...0, 6. Поэтому выбираем

7. Опираясь на значение параметра нагруженности и выбранное число ступеней, находим среднее значение окружной скорости ТВД:

8. Оцениваем в первом приближении температура тела рабочих лопаток последней ступени:

Очевидно, что температура лопаток последней ступени не превышает величину, которую может выдержать материал (). По этой причине получается, что последняя ступень турбины не охлаждается.

9. Выбираем материал рабочих лопаток турбины и находим значение разрушающих напряжений . Материал лопаток должен обладать высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Применительно к двигателю НК-8, выбирается материал ЖС6К. Его плотность составляет кг/м³. Проектируемый двигатель предназначен для эксплуатации в транспортной и пассажирской авиации. Его межремонтный ресурс согласно таблице 2.3 составляет 5000час, полный – 15000час, эквивалентной наработки на взлетном режиме . Согласно диаграмме, которая отражает зависимость разрушающего напряжения жаропрочных материалов от температуры и ресурса, выбираем .

10. Назначаем значение коэффициента запаса прочности для рабочих лопаток турбины. Наиболее предпочтительный диапазон , поэтому выбираем

11. Вычисляем максимально допустимый с учетом коэффициента запаса уровень напряжения от растяжения в рабочих лопатках турбины:

12. Определяем предельную, с точки достижения максимальных допускаемых растягивающих напряжений, частоту вращения ротора ВД:

где

- плотность материала лопатки, кг/м³;

- отношение площадей втулочного и периферийного сечения рабочей лопатки:

В данном случае выбираем: ; кг/м³

Тогда:

13. Находим значение среднего диаметра на выходе из турбины:

14. Определяем высоту рабочей лопатки на выходе из турбины:

15. Вычисляем втулочный и периферийный диаметры проточной части на выходе из турбины:

16. Выбираем форму проточной части турбины. Проточная часть с постоянным средним диаметром сочетает в себе достоинства и недостатки как ПЧ с постоянным втулочным диаметром(), так и с постоянным периферийным (). Кроме того она позволяет добиться умеренных углов раскрытия проточной части.

17. Опираясь на форму проточной части турбины газогенератора, вычисляются размеры ее проточной части на его входе.

Средний диаметр на входе:

Высота лопатки:

Втулочный и периферийный диаметры:

.

18.Вычисляем средний диаметр спроектированной турбины.