НАПРЯЖЕНИЯ, ДОПУСТИМАЯ ТЕМПЕРАТУРА И ВЫБОР ПОТРЕБНОЙ ГЛУБИНЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТВД.

Материал, изложенный в данном разделе позволяет производить уточнения расходов охлаждающего воздуха, выбранного в предварительном расчете. Эта процедура актуальна при выполнении уточненных детальных расчетов ТВД и при повторных расчетах в случае расхождения полученного кпд турбины и заданного в начале расчетов.

Напряжения в лопатках первой ступени ТВД оцениваются

где = 8400 кг/м³ – плотность материала ЖС6К, из которого изготовлены лопатки; = = 437,1 м/с²; Ф = 0,5 – коэффициент формы.

Температура лопаток в корневом сечении приближенно рассчитывается по температуре торможения газа в относительном движении

,

где = = 1204,62 К – температура заторможенного потока газа в относительном движении на входе в рабочие лопатки определена в детальном расчете первой ступени ТВД.

Поскольку в первых ступенях высокотемпературных турбин, как правило, значительно больше допустимой температуры материала лопатки , то следует определить глубину охлаждения лопаток . Для этого, задавшись запасом статической прочности лопаток определяем допустимый предел длительной прочности лопаток

.

Величина выбирается на основе данных по механическим свойствам жаропрочных материалов при повышенных температурах [1,4]. В общем случае при заданных параметрах: ; материале лопатки; ресурсе работы τ; уровне нагружения по монограмме для определения пределов длительной прочности материалов можно определить .

В нашем расчете достаточно знать первые три параметра: = 190,012·10⁶ Па, материал лопаток – ЖС6К и τ = 1000 час., чтобы определить = 1180 К.

Таким образом, глубина охлаждения рабочих лопаток первой ступени ТВД должна составлять

.

Потребную глубину охлаждения сопловых лопаток первой ступени ТВД можно определить

где

выбираем = 0,3;

= 672 К – температура воздуха за КВД;

= 1200…1250 К для современных материалов сопловых лопаток типа ЖС6-К, в нашем расчете выбираем = 1200 К.

Эффективность воздушного охлаждения для сопловых Q_C и рабочих Q_Л лопаток первой ступени ТВД, соответствующая полученным значениям и определяется

,

,

где - максимальная температура газа перед сопловым аппаратом первой ступени ТВД;

- температура воздуха, поступающего на охлаждение лопаток турбины;

10…40 К – подогрев охлаждающего воздуха в коммуникациях, выбираем = 30 К.

По полученным значениям и по графикам, представленным на рис.12, находим относительное количество воздуха, необходимое для охлаждения сопловых и рабочих лопаток.

Рис. 12. Сравнения эффективности воздушного охлаждения

лопаток различной конструкции:

В нашем примере расчета = 0,032, что соответствует конвективно-пленочному охлаждению дефлекторных сопловых лопаток (кривая 4с на рис. 12), = 0,023 – рабочие лопатки с поперечным течением охладителя (кривая 2 на рис. 12).

Следующим этапом расчета является определение суммарного относительного количества воздуха, затраченного на охлаждение первой ступени ТВД

= 0,032 + 0,005 = 0,0037.

Полученное значение сравниваем с выбранным в разделе 3.1 относительным суммарным количеством воздуха = 0,08, используемым на охлаждение деталей турбины газогенератора. Сравнение показало, что в нашем случае весь охлаждающий воздух используется на охлаждение деталей одноступенчатой ТВД. Элементы двухступенчатой ТНД не охлаждаются.

Анализ результатов эксплуатации современных охлаждаемых турбин газогенераторов показал, что наиболее часто они работают в диапазоне температур К. суммарный относительный расход охлаждающего воздуха может изменяться при этом от 0,015 до 0,11. Поэтому возможны варианты расчетов, когда < . В этом случае охлаждаются не только первая, но и последующие (одна или несколько) ступени газогенератора.

Внимание! Если в результате расчета студентом получено, что > и расхождение относительных суммарных расходов охлаждающего воздуха превышает 1,5 %, тогда следует повторить расчет по данному разделу. При этом можно изменить материал лопаток и скорректировать условия их работы в рекомендуемых диапазонах основных параметров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бодунов М.Н., Локай В.И., Щукин А.В. Термогазодинамический расчет охлаждаемого ГТД. Казань: КАИ, 1980. 47с

2. Бодунов М.Н., Лиманский А.С., Щукин А.В. Охлаждаемые
лопатки газовых турбин. Казань: КАИ, 1991. 60с.

3. Бодунов М.Н., Лиманский А.С. Системы подвода охладителя к рабочим лопаткам. Казань: КАИ, 1989. 20с.

4. Горюнов Л.В., Лиманский А.С. Проектирование турбомашин двигателей летательных аппаратов. Казань: КГТУ им. Туполева, 1994.

5. Горюнов Л.В., Ильинков А.В., Такмовцев В.В. Прочностные расчеты по курсам турбомашин летательных аппаратов и энергетических установок. Казань: Изд. Казань. КАИ, 2005.

6. Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые тур­бины двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1991. 512с.

7. Максутова М.К., Тарасов В.Н. Проектирование турбомашин
(компрессоры). Казань: КАИ, 1984. 63 с.

8. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1981. 550с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: