Выбор системы охлаждения лопаток

Коэффициенты запаса

Коэффициенты запаса на смятие, изгиб и срез:

, (3.7)

, (3.8)

, (3.9)

где – пределы прочности.

Определим безразмерную величину - глубину охлаждения лопаток, позволяющую судить об эффективности системы охлаждения (при некотором фиксированном расходе охладителя ) для всех охлаждаемых лопаток РК и СА.

Принимаем допустимую температуру лопатки , температуру охладителя и температуру, которая срабатывается в турбине.

Глубина охлаждения определяется по формуле:

, (3.10)

где – температура за камерой сгорания,

– допустимая температура лопатки,

– температура охладителя.

По статической зависимости [11] находим схему охлаждения лопатки.

Заключение

Методические указания представляют собой продолжение опыта реализации курсовой работы в ходе курсов «Основы проектирования АД и ЭУ», «Компьютерное проектирование основных узлов АД и ЭУ». Первое издание проектных заданий было осуществлено в 1992 году. По-сравнению с предыдущим изданием, которое в основном базировалось на хорошо известных отечественных и зарубежных образцах авиационного двигателестроения, в настоящее издание включены задания по самым современным и наиболее известным двигателям. Это стало возможным благодаря созданию и развитию на кафедре КиПДЛА СГАУ электронной базы двигателей под руководством профессора Старцева Н.И.

Также в методические указания были добавлены разделы, касающиеся расчета осевых сил в турбокомпрессоре, выбора радиально-упорного подшипника, трехмерного проектирования системы подвески двигателя с расчетом силовых стержней, описания узла радиально-упорного подшипника и стяжного устройства, выбора радиальных и осевых зазоров в турбокомпрессоре, расчета хвостовиков елочного типа и типа «ласточкин хвост», расчета корпуса на непробиваемость, расчета бандажной полки, проектирования системы охлаждения турбины. В рамках совершенствования учебного процесса в задания по каждому разделу введены элементы трехмерного проектирования.

В дальнейшем планируется развивать выбранное направление широкого внедрения такого подхода. Твердотельное моделирование позволяет в ходе занятии показать особенные места в конструкции двигателя, которые зачастую невозможно представить на натурном _вкете или двухмерном изображении. Понимание особенностей конструкции может быть значительно улучшено путем наглядной демонстрации процесса сборки отдельных элементов или даже всего двигателя. Это приводит к мысли о необходимости созданий электронной базы данных трехмерных моделей двигателей.

Список литературы

1. Белоусов А.И., Иванов А.И. Расчет осевых сил, действующих в турбомашинах. – Куйбышев: КуАИ, 1981.- 84 с.
2. Зрелов В.А. Отечественные ГТД. Основные параметры и конструктивные схемы. В 2 ч.2: Учебное пособие / Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2002. 210 с. (250 с.).
3. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки»/ С. А. Вьюнов, Ю. И. Гусев, А. В. Карпов и др.; Под общ. ред. Д. В. Хронина. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.: ил.
4. Подшипники качения. Справочник / под ред. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. - М.: Машиностроение, 1975, 572с.
5. Проектирование подвески ГТД на летательном аппарате: Учебное пособие/ Е. П. Кочеров, Н. И. Старцев; Самарский государственный аэрокосмический ун-т. Самара. 1999. – 54 с.
6. Проектные работы по курсу «Конструкция и проектирование ГТД» Учеб. Пособие /Н. И. Старцев; Самар. авиац. ин-т. Самара, 1992. 80 с.
7. Н.И. Старцев Проектирование осевых компрессоров ГТД: Учеб. пособие. – КуАИ. 1978г.
8. Н.Д. Кузнецов и др. Управление радиальными зазорами в турбокомпрессорах _виациионных ГТД: СГАУ. 1991г.
9. Старцев Н.И. Конструирование лопаток и дисков ГТД: Куйбышев, КуАИ, 1980г.
10. Гаврилов Н.Г. Старцев Н.И. Проектирование осевых и газовых турбин: Куйбышев, КуАИ, 1984г.
11. Лукачев В.П. Данильченко В.П. Резник В.Е. Выбор параметров и инженерные основы проектирования систем охлаждения лопаток турбин авиационных ГТД: Куйбышев, КуАИ, 1983г.

Приложение 1

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ И ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АВИАЦИОННЫХ ГТД

Двигатель	Параметры (взлет)	кг				ч	ч
Д-30КУ			20,5		8,7	2,3			-	10 620
ПС-90А			35,5	1,75	14,2	4,5				11 000
Д-20П				-	4,7	1,0			-	-
АИ-20	(3150)		7,3	-	-	-		-	-	-
АИ-25	14,7			-	-	2,2			-	16 640
Д-36	63,7		20,2	1,39	5,2	5,6				11 000	-
Д-436 Т1			29,2	1,9	5,2	4,82		-	-	10 000
НК-8				-	-	1,0			-	7 500
НК-56			25,5	-	6,0	4,9			-	-
НК-12	(11025)		9,5	-	-	-		-	-	8 300
АЛ-21Ф			14,6	-	-	-		-	-	-
М53-Р2			9,8	-	-	-		-	-	10 600
LARZAC			11.0	1,6	-	1,0	-	-	-	10 000
М-88				-	5,7	0,3			-	-
Мк102 ADUR	23,2	-		-	3,8	0,8			-	16 000
JT9D-7R4D			23,3	1,53	8,0	5,0			-	7 850
JT9D			22,5	1,53	-	5,1				7 850
PW530		-	30,0	-	-	3,44	-		-	11 000
PW 2000			28,1	1,7	-	6,0			-	10 200	-	-
PW 4000			27,0	1,75	-	5,2	-		-	12 000		-
PW 6000			26,6	1,7	-	5,1			-	-		-
PW 300	21,5		18,8	1,57	-	4,5		-	13 000	25 600		-
RB 211-535E4			28,5	-	5,0	4,5	-		-	11 800		-
RB 211-535			29,0	-	5,0	4,4			-	10 800
RB 199			25,0	-	6,0	1,1			-	14 000		-
SPEI			20,7	-	8,2	0,7			-	12 800	-	-
ТЕЙ	62,8		15,6	-	7,0	3,0			-	10 000
GE 36	99,8		40,0	-	6,0	-			-	11 000
F 110	76,0		32,0	-	11,0	0,85			-	16 200
F 404	48,0		25,0	3,5	-	0,34				17 900

Приложение 2

Пример оформления чертежа узла радиально-упорного подшипника

Приложение 3

Пример оформление чертежа стяжного устройства

Приложение 4

Расчет осевых зазоров на примере двигателя М53

Осевые зазоры влияют на эффективность работы ступеней. Увеличение осевых зазоров уменьшает КПД компрессора в целом. Расчеты показывают, что даже сравнительно малое ухудшение КПД турбокомпрессора может обесценить улучшения, связанные с форсированием цикла двигателя [1].

Осевые зазоры – комплексный параметр, устанавливающий взаимосвязь между уровнем регулирования радиальных зазоров и термических перемещений роторных и статорных элементов. При подборе осевых зазоров можно использовать теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей.

Передний осевой зазор пятой лопатки

Используя чертёж и приняв за базу отсчёта упорный торец РУП, составим размерные цепи по ротору и статору.

Величины звеньев и их допуски (по 7-му квалитету) сведены в таблицу П.1.

Таблица П.1 – Размерные цепи для пятой лопатки

Звено ротора	Номинал. значение	Допуск ITAi	Звено статора	Номинал. значение	Допуск ITAi
L1	-25,6	0,021	L16	7,76	0,015
L2	-9,61	0,015	L15	-2,23	0,012
L3	-59,54	0,030	L14	-21	0,021
L4	-7,05	0,015	L13	239,45	0,046
L5	-238,25	0,046	L12	126,05	0,040
L6	-2,41	0,012	L11		0,012
L7	-10,87	0,018	L10	3,5	0,012
			L9	2,5	0,012
			L8	2,5	0,012

Составляющие звенья любой размерной цепи делятся на две группы. К первой группе относятся звенья, с увеличением которых (при прочих постоянных) увеличивается и замыкающее звено (в нашем случае – d_П). Такие звенья называются увеличивающими и обозначаются индексом “ув”. Ко второй группе, наоборот, относятся звенья, при увеличении которых замыкающее звено будет уменьшаться. Такие звенья называются уменьшающими и обозначаются индексом “ум”.

В общем случае номинальное значение замыкающего звена представляет собой разность между суммами номинальных значений увеличивающих и уменьшающих звеньев:

,

где m – число увеличивающих звеньев; n – число уменьшающих звеньев цепи.

Тогда номинальный осевой зазор первой ступени равен:

Вычислим допуск замыкающего звена:

Для данной задачи:

Координата середины поля допуска равна нулю

Найдем предельные отклонения замыкающего звена:

Верхнее отклонение замыкающего звена:

Нижнее отклонение замыкающего звена:

Предельные осевые зазоры равны:

Передний осевой зазор первой лопатки

Используя чертёж и приняв за базу отсчёта упорный торец РУП, составим размерные цепи по ротору и статору.

Величины звеньев и их допуски (по 7-му квалитету) сведены в таблицу П.2.

Таблица П.2 – Размерные цепи для первой лопатки

Звено ротора	Номинал. значение	Допуск ITAi	Звено статора	Номинал. значение	Допуск ITAi
L17	-27,43	0,021	L20	57,71	0,030
L18	-2,28	0,012
L19	-24,54	0,021

Определим номинальное значение замыкающего звена:

,

где m – число увеличивающих звеньев; n – число уменьшающих звеньев цепи.

Номинальный осевой зазор последней ступени равен:

Вычислим допуск замыкающего звена:

Координата середины поля допуска равна нулю .

Найдем предельные отклонения замыкающего звена:

Верхнее отклонение замыкающего звена:

Нижнее отклонение замыкающего звена:

Предельные осевые зазоры равны:

Определение зазоров в промежуточных ступенях

Принимаем линейный закон изменения осевого зазора по тракту компрессора ВД Д-30КУ. В соответствии с принятым законом изменением переднего осевого зазоров строим графики, из которых можно определить величины предельных осевых зазоров на промежуточных ступенях компрессора.

Построим график изменения осевых зазоров.

Первая ступень:

Пятая ступень:

Рис. П.1. Изменение осевых зазоров по ступеням

По графику определим осевые зазоры в ступенях 2,3 и 4:

Вторая ступень:

Третья ступень:

Четвёртая ступень:

Рис. П.2. Пример составления размерной цепи

Дата добавления: 2014-12-07