田松巖11151081-沖擊式渦輪的設(shè)計計算

1、 大作業(yè)-沖擊式渦輪的設(shè)計計算1.沖擊式渦輪參數(shù)的選擇在具有沖擊式渦輪的供應(yīng)系統(tǒng)(無補燃發(fā)動機系統(tǒng))中，由燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的富燃燃?xì)怛?qū)動渦輪，渦輪不冷卻，富燃燃?xì)獾臏囟仍?0001200K的范圍內(nèi)，比富氧燃?xì)獾脑试S溫度(600800K)高得多。另外，富燃燃?xì)獾臍怏w常數(shù)比富氧燃?xì)獾臍怏w常數(shù)大一些，這些都有利于減小需通過渦輪的燃?xì)饬髁?。渦輪流量是具有沖擊式渦輪的供應(yīng)系統(tǒng)的主要參數(shù)之一。值越小，發(fā)動機的比沖就越高。渦輪流量可由泵和渦輪的功率平衡：泵的需用功率降低，可減小通過渦輪的燃?xì)饬髁?，因此?yīng)盡量提高泵的效率。選定泵的結(jié)構(gòu)并確定其效率后，可根據(jù)功率平衡求出所需的渦輪燃?xì)饬髁?，由此確定渦輪的效率。渦輪

2、入口壓力(燃?xì)獍l(fā)生器壓力)取決于氧化劑泵的出口壓力。當(dāng)用燃料冷卻推力室時，燃料泵出口壓力比氧化劑泵的出口壓力高。渦輪出口壓力之值取決于渦輪排氣是直接排入周圍環(huán)境還是導(dǎo)入輔助噴管。沖擊式渦輪計算的原始數(shù)據(jù)為：(1)渦輪的設(shè)計功率：渦輪功率由泵所需的功率決定，由渦輪泵裝置設(shè)計任務(wù)給定：NT=NPf+NPo其中，渦輪的設(shè)計功率，又稱渦輪的軸功率；燃料泵的軸功率；氧化劑泵的軸功率。(2)渦輪的設(shè)計角速度：渦輪的設(shè)計轉(zhuǎn)速由泵不發(fā)生汽蝕時允許的最大角速度確定；(3)渦輪工質(zhì)的物理常數(shù)和溫度：渦輪進口總壓、進口總溫、和出口靜壓；渦輪工質(zhì)的絕熱指數(shù)和氣體常數(shù)。2沖擊式渦輪的計算(1)原始數(shù)據(jù)1.渦輪功率 (由

3、渦輪泵的計算得出)2.角速度 (由泵的計算得出)3.入口總壓 (由渦輪泵的計算得出)4.出口壓力 (給定)5.入口滯止溫度 (給定)6.氣體常數(shù) (給定)7.絕熱指數(shù) (給定)(2)燃?xì)饬髁康拇_定8.平均直徑處圓周速度 (給定)9.平均直徑 =2×3002410=0.249m10.(膨脹)壓比 (選定)11.絕熱功=879.40kJ/kg12.噴嘴出口絕熱速度 =2×879400=1326.20m/s13.速度比 =3001326.2=0.22614.有圍帶的葉輪與殼體間的最小間隙(軸向的或徑向的) 15.最小間隙的相對值 16.需要的燃?xì)饬髁?=1200879.4

4、5;0.63=2.17kg/s根據(jù)=0.241值，按同類渦輪預(yù)先確定渦輪的效率的第一次近似值。故取T=0.6317.渦輪的比轉(zhuǎn)速 nst=193.3×24102.171.08/879.434=22.9918.渦輪的比功 =12002.17=553.00 kJ/kg 19.比功系數(shù) =5530003002=6.144(3)噴嘴裝置出口和葉輪入口軸向間隙內(nèi)氣流參數(shù)的確定20.氣流角 (給定)21.速度系數(shù) (給定)22.噴嘴裝置出口流速 =0.94×1326.20=1246.63m/s23.噴嘴裝置內(nèi)氣體臨界速度=675.76m/s24.折合速度 =1326.20675.76=

5、1.8725.總壓恢復(fù)系數(shù)=0.5726.總壓 =0.57×10=3.42MPa27.間隙內(nèi)的靜溫=507.73K=0.22MPa28.間隙內(nèi)氣體密度 =0.22400×507.73=1.08kg/m329.間隙內(nèi)氣體聲速 =1.33×400×507.73=519.72m/s30.馬赫數(shù) =1246.43519.72=2.4031.葉輪入口相對流速=963.74m/s32.相對運動的滯止溫度=803.03K其中，=300675.76=0.4433.相對運動的臨界速度 =605.56m/s34.折合速度 =963.74605.56=1.59 35.相對運動

6、的馬赫數(shù) =963.74519.72×1.6636.相對運動的總壓 =1.230MPa(4)葉輪葉片最佳高度的確定37.葉柵寬度 (給定)葉片的寬度在強度和工藝許可的情況下,選取最小值(815mm)。38.葉柵相對節(jié)距 預(yù)先給定的第一次近似值。39.輪盤內(nèi)雷諾數(shù) 40.圍帶側(cè)雷諾數(shù) 41.部分進氣度 預(yù)先給定的第一次近似值。42.葉片相對高度 由得到43.葉片高度 (5)具有錐形噴口的噴嘴裝置尺寸的確定44.外圍重合高度 (選取)45.輪轂處重合高度 (選取)46.噴嘴葉片高度 由導(dǎo)出。47.噴嘴最小截面總面積由導(dǎo)出。其中，噴嘴葉片的數(shù)量；多變指數(shù)，；從入口端到臨界截面的總壓(恢復(fù))

7、系數(shù)，；。，對于沖擊式渦輪，時，燃?xì)庠谕ǖ赖男鼻胁糠掷^續(xù)膨脹。48.噴嘴錐形段內(nèi)速度系數(shù) (選取) 收斂形噴嘴的速度系數(shù)。49.噴嘴擴張度 =10.57×0.3471=4.69其中, =0.347150.錐形段端部截面積 =f1'zcfmin=0.001601m251.噴嘴出口截面積 =0.001601÷sin17=0.005476m252.部分進氣度 =0.33 計算得到的第二次近似值。53.噴嘴數(shù) =4×0.001601×0.0212=4.6=554.噴嘴出口端橢圓的長軸 =0.021÷sin17=0.072m55.噴嘴節(jié)距 =0.

8、071m56.單個噴嘴最小截面直徑 =0.02m2(6)葉輪葉柵參數(shù)的確定57.氣流入口角 =22.2258.速度系數(shù) =0.98 (選取) 預(yù)先給定的第一次近似值。59.出口端相對流速 =0.98×2410=944.47m/s60.折合速度 =1.5661.總壓系數(shù) =0.9262.折合流量 =0.688563.葉片出口高度 =0.022m64.相對運動的氣流出口角=24.5165.葉柵相對節(jié)距 66.葉片安裝角 67.葉片弦長 68.葉柵節(jié)距 69.葉片數(shù) 70.葉片相對長度 (選取)71.葉柵損失系數(shù) (選取)72.速度系數(shù) =0.88(7)葉輪出口端氣流參數(shù)的確定73.出口靜溫 =803.03-1.33-12×1.33×400×944.472=526.37K74.出口絕對流速=402.43m