Предварительный расчет вентилятора
Предварительный расчет вентилятора включает определение геометрических размеров меридионального сечения проточной части вентилятора, выбор числа ступеней, и распределение затраченных напоров по ступеням, обеспечивающих заданную степень повышения давления в вентиляторе 1. Выбирается приведенная скорость потока на входе в вентилятор. С точки зрения уменьшения диаметральных габаритов вентилятора, а, следовательно, и всего двигателя, особенно у ТРДД с большой степенью двухконтурности, целесообразно выбирать 2. Относительный диаметр втулки первой ступени вентилятора существующих ТРДД составляет В примере выбираем 3. Наружный диаметр первой ступени вентилятора.
где
4. Средний диаметр вентилятора на входе
5. Диаметр втулки вентилятора на входе
6. Отношение площадей кольцевых сечений входа и выхода вентилятора
где
7. Площадь кольцевого сечения на выходе из вентилятора
8. Выбор формы проточной части вентилятора. Форма с Ниже приводятся расчетные формулы и для форм проточной части с 9. Относительный диаметр втулки на выходе из вентилятора при при при 10. Наружный диаметр на выходе из вентилятора в зависимости от выбранной формы проточной части при
при при 11. Диаметр втулки вентилятора на выходе
12. Число ступеней вентилятора определяется по величине затраченной работы Значение окружной скорости В современных ТРДД В дальнейшем при выборе В нашем примере выбираем
Для формы проточной части
Оценивается для проточной части
Округлять Таким образом, для формы Если же выбирается форма проточной части с Определяем необходимое дополнительное число ступеней, с тем, чтобы обеспечить заданную величину
В случае если Корректировку удобно проводить в следующей последовательности (см. табл. 4.1). Таблица 4.1
13. Окружная скорость на среднем диаметре входа в колесо первой ступени
14. Коэффициент нагрузки для первой и второй ступени вентилятора, представляющий отношение затраченной работы ступени к квадрату окружной скорости на среднем диаметре
При схеме
Тогда
Рекомендуемые значения 15. Частота вращения вентилятора
16. Площадь кольцевого сечения проточной части за вентилятором для внутреннего контура (перед разделителем контуров)
где
17. Площадь кольцевого сечения за вентилятором по наружному контуру (перед разделителем контуров)
18. Диаметр передней кромки разделителя контуров
19. Температура изоэнтропически заторможенного потока воздуха на выходе из спрямляющего аппарата ступени равна, соответственно, температуре торможения в абсолютном движении на выходе из рабочего колеса данной ступени и температуре торможения на входе в последующую ступень, т.е.
20. Предварительный выбор КПД ступени вентилятора можно проводить согласно рекомендациям, данным в п.12 данной главы или по графику (рис. 4.2). Выбираем
Рис. 4.2. Связь изоэнтропического КПД компрессора с КПД ступеней при различных значениях 
Окончательные значения 21. Степень повышения давления в отдельных ступенях вентилятора определяется по формуле
и в тоже время должно соблюдаться условие
В связи с этим приходится подбором вносить небольшие корректировки в первоначально выбранные значения В случае, когда входной направляющий аппарат отсутствует, давление При наличии ВНА давление перед первым рабочим колесом равно 22. Полное давление на входе в i-ю ступень
Результаты расчетов по п.п.19…22 сведены в табл. 4.2. Таблица 4.2
23. В случае отсутствия ВНА на входе в вентилятор угол входа в рабочее колесо первой ступени вентилятора Критическая скорость на входе в первую ступень вентилятора
Скорость на входе в вентилятор
Коэффициент расхода на среднем диаметре в колесе первой ступени
Обычно 24. Коэффициент расхода
где
Т.к.
В сверхзвуковых ступенях Для обеспечения плавности проточной части при таких Повышенное значение 25. В случае наличия ВНА, что объясняется специальными требованиями к ВНА, принимая коэффициент расхода, равный ранее принятому значению, т.е.
Степень реактивности в этом случае для первой ступени обычно выбирают близкой к оптимальной Выбрав
26. Число Маха на входе в рабочее колесо первой ступени по относительной скорости
Величина Для первых ступеней вентилятора, в случае выполнения их дозвуковыми, допустимые числа Маха 27. Коэффициент производительности первой ступени
В современных дозвуковых компрессорах В случае несовпадения коэффициента производительности с указанными значениями следует пересмотреть выбранные величины 28. Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в рабочее колесо i-й ступени
где
29. Абсолютная и приведенная скорость на входе в рабочее колесо i-й ступени
30. Угол входа в ступень по абсолютной скорости
Подчеркнем, что угол на входе 31. Площадь проходного сечения на входе в ступень
32. Наружный
33. Высота рабочей лопатки
Результаты расчета сведены в табл. 4.3.
Таблица 4.3
34. Густота решеток рабочих колес и спрямленных аппаратов в дозвуковых ступенях определяется также, как и для Р.К и С.А в компрессоре газогенератора (см. §2.5). Для сверхзвуковых ступеней использование обобщенных характеристик плоских компрессорных решеток приводит к большим погрешностям в определении потребных густот рабочих решеток. Связано это с трудностью учета волновых потерь. Поэтому для сверхзвуковых ступеней можно поступить следующим образом. Выбирается величина удлинения лопатки Принимая линейный закон изменения хорды по высоте лопатки, определяют хорду на периферийном и втулочном расчетных сечениях
где Величина Зная
и число лопаток рабочего колеса
В примере для первой сверхзвуковой ступени выбрано
тогда z = 28,4. Округляя до ближайшего целого числа число лопаток (z = 28), уточняются густота и шаг решетки
Зная число лопаток, можно определить шаг и густоту решетки на среднем диаметре и у втулки. Величина густоты решетки на среднем диаметре должна находится в пределах Отсутствие срыва потока в расчетных сечениях может быть проверено приближенно по формуле диффузорности
Во всех расчетных сечениях величина D не должна превышать 0,6. В случае превышения необходимо увеличить густоту решетки или за счет увеличения числа лопаток z, или за счет изменения удлинения Угол отклонения потока В этом случае густоту спрямляющего аппарата 35. Схема меридионального сечения проточной части вентилятора выбираются аналогично схеме компрессора газогенератора (см. §2.4). Удлинение лопаток вентиляторных ступеней в ТРДД Угол скоса 36. Детальный газодинамический расчет ступеней вентилятора проводится аналогично подобному расчету для ступеней компрессора газогенератора (см. §2.5). Результаты детального расчета ступеней вентилятора сведены в табл.4.4.
Таблица 4.4
|
. Некоторые параметры вентилятора к началу данного расчета уже известны из расчета компрессора газогенератора. Порядок расчета следующий.
в пределах 
. В примере выбираем 
.
. С уменьшением 
увеличивается производительность компрессора, но снижается работа, передаваемая воздуху в первой ступени, не обеспечивается постоянство напора по высоте лопатки из-за значительной разницы окружных скоростей втулочных и периферийных сечений. Это обстоятельство, а также возможность получить оптимальное число ступеней турбины вентилятора, приводит иногда к необходимости постановки подпорных ступеней (см. §.4.2).
.
,
;
(см. §1.2 п.31);
;
(см. §1.2 п.5);
– по значению 
в табл. ГДФ.
.
.
,
для вентилятора обычно достаточно близки, поэтому для предварительной оценки отношения площадей можно принять 
;
, отсюда n = 1,498;
– температура на выходе из вентилятора, равная температуре на входе в компрессор газогенератора (см. §1.2 п.4).
.
имеет некоторое преимущество перед другими формами, т.к. более удачно удается скомпоновать узел вентилятора с компрессором газогенератора. Однако в примере выбрана форма с 
.
.
;
;
.
;
;
;
- 
.
.
(см. §1.2 п.3), по выбранным окружной скорости на наружном диаметре первого рабочего колеса 
и коэффициентам затраченного напора 
по ступеням компрессора (см. табл.2.1).
…360 
= 0,86…0,88. При 
и определении числа ступеней вентилятора следует иметь в виду, что современные двухвальные ТРДД имеют число ступеней вентилятора от 1 до 5. ТРДД со степенью двухконтурности m >4 имеет вентилятор, как правило, одноступенчатый с 
.
, и сумма коэффициентов затраченного напора равна
.
0,23 и последней 
0,28. Тогда при 
0,255 число средних ступеней определяется
.
следует до ближайшего целого числа. При получении 
и 
график (рис. 4.1) и определяем по нему наружные диаметры промежуточных ступеней.
.
>0,5 и тем более близка к единице, следует увеличить число ступеней. При 
.
, м
(скорректированные)
, 
.
; 
.
. Для других схем окружные скорости на средних диаметрах каждой ступени различны, поэтому для нашего примера (
.
;
; 
.
0,35…0,55.
.
,
- расход через внутренний контур;
- температура на выходе из вентилятора (см. §4.1 п.6);
- см. §1.2 п.5;
- приведенная скорость на выходе из вентилятора по внутреннему контуру;
- угол выхода потока из спрямляющего аппарата последней ступени вентилятора;
.
.
.
.
.
устанавливаются в процессе расчета степени повышения давления 
в каждой ступени вентилятора.
,
.
будет является одновременно и давлением перед рабочим колесом первой ступени вентилятора 
.
, где 
.
.
, К
, К
, Па
. В этом случае 
, т.е. равна выбранной величине (см. §4.1 п.1).
.
.
.
. Аналогично рассчитывается 
и в других ступенях, предварительно распределив осевую скорость по ступеням вентилятора. При распределении необходимо учесть, что сохранение 
неизменно высокой на первых ступенях вентилятора позволит получить в них повышенные напоры. Осевая скорость на входе в колесо первой сверхзвуковой ступени может быть больше, чем в дозвуковых ступенях. Обычно для сверхзвуковых ступеней 
. С другой стороны, выбор 
и угол 
входа воздуха в колесо первой ступени на среднем радиусе связаны между собой выражением
,
(см. §2.1 п.6);
.
, откуда степень реактивности для первой ступени вентилятора определяется
.
.
необходимо в рабочем колесе снизить осевую скорость Са на 20 
(по сравнению с 
) позволяет получить большие значения коэффициента напора 
, определяем угол 
входа воздуха в колесо первой ступени вентилятора
. Для последующих ступеней, 
обычно увеличивается с увеличением номера ступени на 1%…3%.
и определив 
.
где 
;
.
и 
определяются по величине 
из табл. ГДФ. Для нашего примера 
= 0,75…0,8. Для трансзвуковых 
= 1,1..1,3.
.
, в трансзвуковых 
до 0,7, в сверхзвуковых 
и 
.
,
(см. §2.1 п.6);
.
;
.
(при отсутствии ВНА).
является одновременно и углом выхода потока из спрямляющего аппарата предыдущей ступени, т.е. 
.
.
и внутренний 
диаметры рабочих колес i-й ступени
;
.
.
, 
, 
, град
, м2
, м
(
- высота рабочей лопатки на входе, b – хорда профиля на среднем радиусе) в диапазоне 1,7…3,0. Для выбранной величин 
определяется хорда на среднем диаметре 
.
и 
,
; 
.
называется парусностью лопатки. Густоту решетки на периферии лопатки рекомендуется задавать в диапазоне 
.
и 
можно определить шаг на периферии рабочего колеса
.
; 
=1,0,
; 
.
, а у втулки 
.
.
в спрямляющем аппарате сверхзвуковой ступени может оказаться малым, что не позволит воспользоваться обобщенными характеристиками.
выбирают в пределах 0,9 – 1,1. При этом удлинения лопаток спрямляющего аппарата принимаются равными 
.
.
, заключенный между направлениями, определяющими диаметры 
и 
(при 
