Согласование параметров компрессора и турбины в авиационном ГТД

 

Вопрос о выборе и согласовании основных параметров компрессора и турбины является узловым на начальном этапе их проектировочного расчета. В основе согласования параметров компрессора и турбины на расчетном режиме лежат следующие три уравнения:

1. Уравнение расхода

,

где - расход газа на выходе из турбины;

- расход воздуха на входе в компрессор;

- коэффициент, учитывающий массу впрыскиваемого топлива и расход воздуха на охлаждение и утечку.

2. Уравнение баланса мощностей турбины и компрессора

,

где - внутренняя мощность турбины;

- мощность, потребляемая компрессором;

- механический КПД, учитывающий затрату мощности на трение в подшипниках ротора турбокомпрессора и на привод агрегатов.

3. Уравнение частот вращения

,

где - частота вращения компрессора и турбины.

Чаще всего различные методы согласования базируются на использовании комплексных параметров, полученных на основе представленных выше уравнений и связывающих основные параметры компрессора и турбины. Так для ротора турбокомпрессора профессором К.В. Холщевниковым получен удобный в практическом использовании комплекс в виде , зависящий в основном от степени повышения давления в компрессоре и подогрева воздуха в двигателе , ,

где - окружная скорость на периферии рабочих лопаток первой ступени компрессора, м/с;

- напряжение в корневом сечении рабочей лопатки последней ступени турбины;

- коэффициент производительности компрессора;

- приведенная скорость за последней ступенью турбины.

В развернутом виде параметр П имеет вид

,

где - угол потока на выходе из последней ступени турбины;

- коэффициент сохранения полного давления в камере сгорания;

- плотность материала лопатки турбины;

- коэффициент формы лопатки турбины, учитывающий степень утончения ее от корня к периферии;

- коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей по высоте лопатки;

0,0404;

0,0396;

.

Параметр П связывает основные конструктивные и газодинамические параметры компрессора и турбины с параметрами двигателя и условиями на входе в двигатель . Такая связь дает возможность при изменении того или иного параметра учитывать изменения остальных и согласовывать их между собой.

Возможны и другие комплексы для согласования основных параметров турбомашин проектируемых ГТД. В данной работе, например, используется параметр согласования в виде

.

Он определяет соотношения средних диаметров турбины, компрессора и числа их ступеней. Величина параметра зависит от типа турбокомпрессора в различных авиационных ГТД.