Курсач Пр. АД(Д-30ЭУ-1). Курсовая работа по дисциплине "Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок"
 Скачать 102.01 Kb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Аэрокосмический 160100 "Авиа- и ракетостроение" Факультет ____________________________________ "Авиационные двигатели" Направление__________________________________ Кафедра______________________________________ КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине "Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок" Расчет двигателя силовой установки газоперекачивающего агрегата Д-30ЭУ-1 На тему_________________________________________ Катюк Андрей Анатольевич (гр. АД-07зу) _________________________________________ Григорьев Андрей Алексеевич Студент_________________________________________ ( ) Проверил________________________________________ ( ) Состав курсовой работы Пояснительная записка на ___ листах Пермь 2010 ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине "Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок" гр. АД-07зу Катюк А.А. студенту гр. _________________________ Тема: Расчет двигателя силовой установки газоперекачивающего агрегата Исходные данные: эффективная мощность  степень повышения давления в компрессоре  температура газов за камерой сгорания  скорость истечения газа из двигателя  температура воздуха на входе в двигатель  давление воздуха на входе в двигатель  двигатель – прототип Д-30ЭУ-1 Дополнительные указания____________________________________________________ Расчетная часть работы:
Проектировочная часть работы: Краткое описание схемы, основных данных и конструктивных особенностей двигателя – прототипа и сравнение его с рассчитанным двигателем. Дата предоставления работы на проверку________________ Дата защиты работы на заседании комиссии______________ Задание получил _______________________ Руководитель работы____________________ СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ В настоящей работе применяют следующие термины с соответствующими определениями: Основные обозначения
Индексы
ВВЕДЕНИЕПри проектировании ГТД появляется необходимость в расчете и проектировании каждого узла отдельно, и даже при проектировании на базе какого-либо прототипа по результатам расчетов требуется зачастую серьезное изменение формы и конструкции узлов. На первом этапе проектирования выбираются основные газодинамические параметры и конструктивная схема двигателя. По ним проводятся газодинамические расчеты узлов двигателя и согласование результатов отдельных взаимосвязанных расчетов. После этого определяются все размеры проточного тракта двигателя соответственно принятой конструктивной схеме. При проектировании используют как новейшие приемы и решения, так и старые, хорошо зарекомендовавшие себя в практике, стремясь обеспечить работоспособность двигателя, его технологичность и экономичность. Конструкция должна быть прогрессивной и предоставлять возможность в дальнейшем создавать модификации в соответствии с новыми, более высокими техническими требованиями. Конструкция должна отвечать требованиям ремонтопригодности, что важно для двигателей с большой долговечностью. Турбина необходима для преобразования энергии нагретого и сжатого газа в механическую работу вращения ротора, в результате чего возникает крутящий момент, необходимый для привода ротора компрессора. Компрессор предназначен для повышения давления воздуха и подачи его в камеру сгорания с целью увеличения тяги R и снижения удельного расхода топлива сR. В данной курсовой работе необходимо сделать все расчеты по исходным данным, краткое описание двигателя–прототипа Д-30ЭУ-1 и сравнить его с расчетным двигателем. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Выбор коэффициентов, учитывающих потери в узлах двигателя, произведен исходя из достигнутого уровня для двигателей аналогичного типа
Значения скорости истечения газов из реактивного сопла  приняты равными 190 м/с и 220 м/с,  приняты равными 930 К, 980 К и 1030 К,  равными 4,98, 5,98 и 6,98. 1. Предварительный расчет для исходных данных Свободная энергия двигателя:    Дж/кггде принимаем ТВХ= Тн = 288К. Удельная мощность двигателя:   Полная температура воздуха на выходе из компрессора:  где  = ТВХ = 288 К. По рис. 3 приложения 1 [1] определяем для  и  коэффициент избытка воздуха α = 5,6.Удельный расход топлива:  Результаты расчета для других выбранных значений , , сведены в таблицу 1.1.Таблица 1.1
Продолжение таблицы 1.1
По полученным данным построены и представлены на рис. 1.1, 1.2 графики зависимости  ( ) и  для выбранных .       Рис. 1.1. График зависимости () Рис. 1.2. График зависимости Параметры цикла ГТД  , а также узлов ( ) и соответствующие им режимы работы выбираются в зависимости от назначения двигателя. В основу оптимизации параметров за кладываются разные критерии (целевые функции): минимумы удельного расхода топлива, максимум мощности; обеспечение надежности и т.п. Выбор параметров двигателя в конечном итоге оказывает влияние на эффективность всей силовой установки.По результатам анализа графиков выбраны следующие оптимальные значения парамет ров цикла:  ; ;  , что обеспечит снижение, в сравнении с двигателем аналогичной мощности (Д-30ЭУ-1, ,  ), удельного расхода топлива на 2 %. При этом не окажет критического влияния на снижение ресурса турбины, и, по предварительной оценке,  ;  .2. Расчет по исходным параметрам 2.1 Сечение вх–вх на входе в компрессор. Полная температура воздуха  Полное давление воздуха  Статическая температура воздуха  где задаем скорость на входе  ; принимаем для  по приложению 1 таблица 1 –  , таблица 2 –  [1].Статическое давление воздуха  Плотность воздуха  2.2 Сечение к–к на выходе из компрессора. Работа компрессора   определили по графику рис.2 приложения 1 ;  определили для  Полная температура в первом приближении  уточняем , пересчета  не требуется. Статическая температура  где примем  Полное давление воздуха  Статическое давление воздуха  Плотность воздуха  2.3 Сечение г–г на выходе из камеры сгорания. Относительный расход топлива  где  , приложение 1 таблицы 1, 2 [1]; для температуры  Полное давление  Статическая температура  где принимаем  , приложение 1 таблицы 1, 2 [1]; для температуры  Статическое давление  Плотность  2.4 Сечение т–т за турбиной. Работа свободной турбины  Работа всей турбины  Полная температура газа  уточним  ,  приложение 1 таблицы 1,2 [1]; для температуры  окончательно получим: Степень понижения давления в турбине  Полное давление за турбиной  Задаем число Маха  .Статическая температура за турбиной:  для   Статическое давление за турбиной  где приложение 1 таблица 1 [1]; для температуры . Так как статическое давление за турбиной меньше атмосферного следует использовать диффузорную выпускную трубу. Плотность  Скорость  2.5 Сечение тк–тк за турбиной компрессора. Работа турбины компрессора  Полная температура газа  Уточним  , и  приложение 1 таблица 1,2 [1]; для температуры   Степень расширения газа в турбине компрессора  Полное давление  Задаем число Маха  .Статическая температура за турбиной:  для   Статическое давление  Плотность  Скорость  2.6 Сечение с-с на выходе из сопла Предварительно была выбрана скорость на выходе из сопла  Степень понижения давления в выпускной трубе (диффузор)  Определяем  приложения 1 таблицы 1,2 [1]; для температуры  Скорость истечения газов из сопла:   Полная температура  Полное давление на выходе из сопла:  Примем  Тогда статическая температура в этом случае,  Плотность  3. Определяем основные параметры двигателя. Удельная мощность  Расход воздуха через двигатель  Расход газа  Удельный расход топлива  Мощность компрессора  Мощность всей турбины  Мощность свободной турбины  Определяем эффективный КПД двигателя  4. Оценка диаметральных размеров характерных сечений. 4.1 Сечение вх-вх на входе в компрессор Площадь сечения  Наружный диаметр на входе в компрессор  где  – относительный диаметр втулки рабочего колеса первой ступени компрессора. Принимаем  Внутренний диаметр (втулочный) на входе в компрессор  = 0,602 · 0,549 = 0,33 мСредний диаметр на входе в компрессор  Высота лопатки 1 ступени компрессора на входе  4.2 Сечение к-к на выходе из компрессора  принимаем  , (хотя это относительно, так как проточная часть предположительно должна быть комбинированной), тогда      , что находится в рекомендуемых пределах.4.3 Сечение г-г на выходе из камеры сгорания     , что находится в рекомендуемых приделах.Наружный диаметр первой ступени турбины компрессора  Внутренний диаметр первой ступени турбины компрессора  4.4 Сечение тк-тк за турбиной компрессора  Относительный диаметр втулки Принимаем   Высота лопатки  Внутренний диаметр на входе в турбину  Наружный диаметр на входе в турбину  4.5 Сечение т-т за силовой турбиной  Выбираем форму проточной части турбины при постоянном диаметре втулки при постоянном диаметре втулки  Относительный диаметр втулки  Высота лопатки на выходе из турбины  Средний диаметр на выходе из турбины  Наружный диаметр на выходе из турбины  4.6 Сечение с-с на срезе отводного патрубка Площадь поперечного сечения  Наружный диаметр  5. Определение частоты вращения роторов Принимаем максимальную окружную скорость на наружном диаметре рабочем колесе первой ступени компрессора Uк1=340 м/с, тогда окружная скорость на среднем диаметре турбины  Напряжения растяжения в корневом сечении лопатки турбины  Сопоставляя величины работ турбин, с величиной работы которую можно получить в одной ступени, приходим к выводу – число ступеней турбины компрессора  ; – число ступеней свободной турбины  .Изоэнтропическая скорость истечения газа из турбины компрессора  Параметр  для турбины компрессора Минимальное количество ступеней свободной турбины Принимаем оптимальное значение   Принимаем  Частота вращения ротора турбины компрессора  Изоэнтропическая скорость истечения газа из свободной турбины  Параметр для свободной турбины  Принимаем оптимальное значение   Принимаем  Частота вращения ротора свободной турбины  Результаты расчета параметров по сечениям и результатов расчета диаметральных размеров сечений сведены в таблицу 5.1. Таблица 5.1
Распределение параметров проточной части двигателя. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В курсовой работе выполнен термогазодинамический расчет двигателя силовой установки привода газоперекачивающего агрегата. Основные параметры рассчитанного двигателя и двигателя прототипа приведены в таблице 2. Таблица 2
Разрабатываемый ГТУ, близок по своим характеристикам к прототипу ПС-90ГП-1, хотя и отличается большим эффективным КПД  =0,345 по сравнению =0,332 у прототипа, (сравнение приведено в таблице 2) и меньшим удельным расходом топлива  =0,21 по сравнению =0,217 у прототипа. Данный эффект можно объяснить большей температурой на выходе из камеры сгорания  =1470 по сравнению =1458 у прототипа, так как более высокая температура за камерой сгорания, теоретически позволяет развить большую мощность при меньшем расходе топлива. Даже при меньшей степени повышения давления у разрабатываемого двигателя  =15,4-дано как базовое, по сравнению с прототипом =15,82, привело к повышению мощности и снижению удельного расхода топлива, так как удалось реализовать данное преимущество все из за той же большей температуры за камерой сгорания. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 288 К 
,
, К
