курсовая работа по испытаниям КПД турбины. КурРабКПДТурб. построение энергетической характеристики турбины
 Скачать 0.57 Mb.
|
 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (национальный исследовательский университет) МАИ Кафедра № 202 Курсовая работа по дисциплине «испытания и обеспечение надежности жидкостных ракетных двигателей» на тему: «построение энергетической характеристики турбины» Выполнил: студент группы М2О – 504С Иванов И. Д. Принял: доцент кафедры № 202 Логинов В. Г. Москва 2021 Задание на курсовую работу «Испытания и обеспечение надежности ракетных двигателей» Исходные данные (ТЗ) 1. Агрегат ракетного двигателя - ТНА 2. Рабочее тело - окислительный газ (Керосин Т-1 + O2) k=1,31 3. Тип характеристики агрегата - энергетическая характеристика турбины 4. Выходной параметр - КПД турбины 5. Значения входных факторов на номинальном режиме: Массовый расход компонента - 19,939 кг/с Угловая частота вращения - 2770 рад/с Давление на входе в турбину - 13,7 МПа Давление на выходе из турбины - 11,3 МПа 6. Пределы изменения входных параметров
7. Вероятность безотказной работы 0,997 8. Доверительная вероятность 0,95 Содержание Определение модельных режимов испытаний 4 Выбор входных факторов 5 Вид регрессионной модели 6 Описание экспериментальной установки 7 Статистическая обработка результатов 8 Список используемой литературы 13 Определение модельных режимов испытаний Модельное рабочее тело – воздух Расчет модельных режимов работы натурной турбины. Различие в показателе адиабат натурного (k=1,31) и модельного (k=1,4) газов составляет менее 15%, поэтому можно пользоваться следующей критериальной зависимостью:  , где  ;  ;  ;здесь R – газовая постоянная, p00, Т00 – давление и температура газа перед турбиной, Dср – средний диаметр турбины,  – степень понижения давления в турбине.Модельный режим выбираем, чтобы условия испытаний были облегчены: снижены мощность, частота вращения и температура, упрощена схема стенда и удешевлены испытания. Условия моделирования  и  можно заменить условиями  и .Тогда для модельных и натурных режимов получим:  Выбор входных факторов Наибольшее влияние на КПД турбины оказывают следующие факторы: адиабатная работа, расход газ, безразмерная скорость газа  , угловая частота вращения вала.Вид регрессионной модели Зависимость КПД турбины от имеет вид параболы. Поэтому, степень уравнения регрессии равняется двум. Следовательно, можно предложить следующий, полиномиальный вид уравнения регрессии: Планирование испытаний Исходя из модельных параметров турбины, выбираем условия опытов. Поскольку интервалы варьирования фактора более чем на порядок превышают погрешность измерений, их можно считать достаточно широкими. Принимая количество повторных опытов равным минимально возможному, т.е. m=2 и исходя их плана полного факторного эксперимента, позволяющего построить выбранную квазилинейную регрессионную модель, можно построить матрицу планирования опытов, приведённую ниже.
Описание экспериментальной установки Пневмогидравлическая схема (ПГС) экспериментальной установки:  Обозначения: 1,2 - U-образные манометры 3 - датчик измерения силы Mкр 4 - электрический тормоз 5 - активная турбина 6 - тахометр (счетчик оборотов) 7 - мерная шайба расхода воздуха 8 - термопара 9 - воздушный редуктор 10 - электропривод крана высокого давления 11 - кран высокого давления 12 - аварийный кран 13 – отсечной кран аварийного отключения Описание: В качестве объекта исследования выбрана активная турбина. Рабочим телом является воздух высокого давления, который от компрессора по воздушной магистрали поступает на вход в сопловой канал. На воздушной магистрали установлены: кран высокого давления с электроприводом для регулирования расхода воздуха, понижающий давление редуктор и мерная шайба для измерения расхода. После турбины воздух поступает в коллектор и затем выбрасывается в атмосферу. Мощность турбины расходуется на привод электрического генератора постоянного тока, выполняющего роль тормоза. Энергия, вырабатываемая генератором, рассеивается в нагрузочных реостатах. Изменяя нагрузку электрогенератора, можно менять частоту вращения вала турбины. Охлаждение обмотки генератора осуществляется воздухом, отбираемым из выходного коллектора турбины. Частота вращения вала турбины измеряется с помощью электроиндукционного тахометра. Давление воздуха перед мерной шайбой и на входе в турбину замеряется пружинными манометрами высокого класса. Перепад давлений на мерной шайбе и давление на выходе из турбины замеряются водяными пьезометрами. Управление установкой осуществляется с помощью приводных систем. Все приборы разнесены на два пульта. Для аварийного выключения установки на воздушной магистрали высокого давления установлен отсечной кран, прекращающий подачу воздуха в турбину. Пересчет исходных данных в см. [ 1 ].Статистическая обработка результатов Результаты опытов представлены в следующей таблице:
Проверка на воспроизводимость и стационарность Воспроизводимость – независимость выходного параметра от времени изготовления изделия и времени испытаний. Дисперсия выходного параметра определяется по формуле:  Тогда дисперсия для каждого парного опыта:    Расчетное значение критерия Фишера:  Табличное значение критерия Фишера (для уровня значимости α=0,05 и степенях свободы  ): Так как  , следовательно, требование по воспроизводимости выполнено.Проверка на стационарность: Стационарность - неизменность закона распределения выходного параметра. В нашем случае все дисперсии  , характеризующие степень рассеивания результатов повторных опытов, имеют одинаковый порядок, это означает, что требование по стационарности выполнено.Расчет коэффициентов регрессии Для определения коэффициентов регрессии решим систему уравнений, в соответствии с матрицей планирования опытов:    Решаем систему и получаем:    Таким образом, уравнение регрессии принимает следующий вид:  Проверка коэффициентов регрессии на значимость Проверка на значимость производится с помощью критерия Стьюдента. Доверительный интервал  оценки коэффициентов регрессии равен:  где  Табличное значение критерия Стьюдента (для уровня значимости α=0,05 и  ): Таким образом:  Так как все полученные коэффициенты по модулю больше , то они значимы.Окончательный вид уравнения регрессии: Проверка регрессионной модели на адекватность Проверка осуществляется по контрольным опытам в центре факторного пространства с использованием критерия Фишера. Расчетное значение критерия Фишера:  , где ;  Согласно результатам экспериментов для точек  и  ( и  ): ;  Теоретические данные для точек и ( и ): ;  Тогда:   Табличное значение F критерия (для уровня значимости α=0,05 и и  ) Так как  , следовательно, построенная регрессионная модель адекватна, т.е. соответствует экспериментальным данным.Список используемой литературы 1. Коломенцев А.И. Учебное пособие для курсовой работы по испытаниям и обеспечению надежности жидкостных ракетных двигателей. Москва, МАИ-ПРИНТ, 2008. 2. Коломенцев А.И. Лекции по курсу “Испытания ЖРД”. 3. Левин В.Я. и др. Испытания ЖРД. Москва, «Машиностроение», 1981. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
