2.6.7. Модуль узла типа “турбина первого уровня сложности”. Подпрограмма turbin

В основе алгоритма этого модуля лежит использование характеристик турбины (первый уровень сложности). Возможно использование двух типов характеристик. Предусмотрен расчет процесса понижения давления в турбине без использования характеристик (нулевой уровень сложности). Имеется возможность нескольких подводов охлаждающего воздуха из разных сечений проточной части двигателя. Алгоритм подпрограммы реализует два метода расчета рабочего процесса в турбине: по заданной мощности (удобно для расчета характеристик авиационных двигателей прямой реакции на установившихся режимах работы) и по заданной степени понижения давления (удобно при расчете двигателей непрямой реакции и при расчете переходных процессов).

Входные данные для подпрограммы делятся на четыре части.

1. Текущие значения параметров газа (воздуха) на входе в турбину. Они считываются в зависимости от номера контура, в котором работает турбина (номер записан в разряде С условного номера узла) из соответствующего канала передачи информации типа “контур”, т.е. в одной из групп 21000 – 25000 массива А.

В число этих параметров входят:

– температура и давление торможения на входе;

G₁ – расход воздуха (газа) на входе;

q_т1 – относительный расход топлива на входе;

– энтальпия и энтропия торможения на входе.

К этим параметрам добавляется частота вращения n и потребная мощность Ne (при расчете по заданной мощности), считываемые по каналам передачи информации типа “вал” соответственно из групп 1000 и 2000 в зависимости от значения номера вала, на котором находится турбина (этот номер записи в разряде D условного номера узла).

2. Параметры узла. Они передаются в подпрограмму через массив А в составе информационной подгруппы модуля 5ВС100.

3. Характеристики узла. Они передаются в подпрограмму через массив А в составе информационной подгруппы 5ВС300, структура и состав которой:

; .

Выборка из таблицы осуществляется при помощи сплайн-интерполяции.

В случае использования характеристик вида

;

или

; .

В случае использования таблично заданной характеристики выборка из таблицы осуществляется при помощи сплайн-интерполяции.

4. Информация о подводах охлаждающего воздуха. Передается в подпрограмму через массив А в составе унифицированной (по структуре) информационной подгруппы 5ВС400.

Выходные данные модуля делятся на две части.

1. Текущие значения параметров потока газа на выходе из турбины и передаваемые по каналу передачи информации типа “контур” по следующему модулю узла.

В число этих параметров входят:

– температура и давление торможения;

G₂ – расход газа с учетом подводов охлаждающего воздуха;

q_т2 – относительный расход топлива с учетом подмешивания охлаждающего воздуха;

– энтальпия и энтропия торможения.

Все они в зависимости от номера контура, в котором работает турбина (разряд С условного номера узла), переписываются в одну из групп 21000 – 25000 массива А. В эту же группу переписывается значение степеней понижения давления и _т, предварительно умноженные на предыдущие значения элементов группы и .

, (2.147)

. (2.148)

По каналу передачи информации типа “вал” (группа “2000”) по номеру вала, на котором находится данная турбина (разряд D условного номера узла), суммируется с предыдущим значением элемента Ne_ группы “2000” значение мощности, развиваемой данной турбиной

. (2.149)

Таким образом, с учетом аналогичного суммирования мощностей, потребляемых компрессорами и другими агрегатами, определяется суммарная мощность на данном валу.

2. Результаты расчета данного узла. Они переписываются в информационную подгруппу результатов модуля 5ВС200.

Описание алгоритма.

Определяется значение газовой постоянной

.

Уточняется значение энтальпии охлаждающего воздуха с учетом его подогрева при движении от места отбора до места подвода

. (2.150)

Определяется количество воздуха, подводимого в j-м подводе.

Определяется энергия подводимого воздуха

. (2.151)

Расчет смешения газа и охлаждающего воздуха. Уточняется расход чистого воздуха в подошедшем количестве газа

, (2.152)

где .

Уточняется энтальпия газа во входном сечении с учетом подмешивания охлаждающего воздуха

, (2.153)

после чего принимает значение .

Уточняется относительный расход топлива

, (2.154)

где G_т1 = G₁ – G_в1,

расход газа

. (2.155)

Уточняются значения температуры торможения, энтропии торможения и газовой постоянной во входном сечении после подвода охлаждающего воздуха

;

;

.

Находятся расчетные значения приведенного расхода газа

(2.156)

и приведенной частоты вращения

, (2.157)

определяющие пропускную способность турбины:

.

Если u₁ = 0, то считается заданным значение наружного диаметра D₁ входного сечения и рассчитывается окружная скорость на D₁.

. (2.158)

В противном случае по заданному значению окружной скорости u₁ рассчитывается наружный диаметр входного сечения

. (2.159)

Затем по значениям D₁ и F₁ определяется:

• внутренний диаметр входного сечения:

; (2.160)

• высота лопаток во входном сечении

. (2.161)

Проводится определение статических параметров газа в данном сечении, и рассчитывается значение приведенной скорости

; (2.162)

• относительная приведенная частота вращения

; (2.163)

• относительное значение

; (2.164)

• потребные с точки зрения заданных характеристик значения к.п.д. и пропускной способности

, (2.165)

; (2.166)

• параметры газа в конце адиабатического расширения:

- энтропия

, (2.167)

- температура

,

- энтальпия:

,

- адиабатическая работа одного килограмма газа

. (2.168)

Затем рассчитывается действительное значение работы одного килограмма газа

, (2.169)

• полезная развиваемая мощность с учетом механических потерь

Ne_т.п = L_тG₁_м , (2.170)

• мощность, идущая на компенсацию механических потерь

Ne_т.м = L_тG₁ – Ne_т , (2.171)

• фактическая мощность, развиваемая турбиной

. (2.172)

• выходные параметры газа

; ; . (2.173)

• мощность на компенсацию механических потерь

, (2.174)

фактическая мощность турбины

, (2.175)

работа одного килограмма газа

, (2.176)

работа газа при условии адиабатического расширения

, (2.177)

энтальпия на выходе из турбины:

, (2.178)

температура

и энтропия

.

По уравнению адиабаты рассчитывается потребная степень понижения давления

, (2.179)

после чего определяются фактические параметры газа на выходе из турбины, а именно энтальпия

, (2.180)

температура

и энтропия

.

Коррекция найденных решений G_пр и (рассчитанных по характеристике вида , и осуществляется по формулам

; (2.181)

. (2.182)

Расчитывается величина расхода газа, пропускаемого через турбину с учетом заданной характеристики и известных значений :

. (2.183)

Определяется давление торможения на выходе из турбины

. (2.184)

Значение полезной (потребной) мощности Ne_n

, (2.185)

где j – номер вала.

Уточняется количество чистого воздуха с учетом подмешивания доли охлаждающего воздуха:

. (2.186)

Затем уточняется энтальпия газа в выходном сечении

, (2.187)

G₂ = G_т1 + G_в2 , (2.188)

принимается

G_в1 = G_в2 (2.189)

. (2.190)

Уточняются значения

;

;

.

Рассчитывается окружная скорость на D₂

u₂ = D₂n / 60 . (2.191)

Проводится расчет наружного диаметра выходного сечения

. (2.192)

Затем по значениям D₂ и F₂ определяется внутренний диаметр выходного сечения:

(2.193)

и высота лопаток в выходном сечении

. (2.194)

Определяются значения статических параметров, значение приведенной скорости газа в выходном сечении

. (2.195)

Рассчитываются значения степени понижения давления газа в турбине по статическим параметрам

. (2.196)