Проектирование двигателя

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

 

 

Так как в курсовой работе по «Теории авиационных двигателей»  был проведен термодинамический  расчет двигателя, то результаты расчета сведем в таблицу 2.

В соответствии с термодинамическим  расчетом получены следующие параметры:

  Мощность двигателя- 4000 кВт;

Суммарная степень сжатия-  9;

Температура газов перед  турбиной – 1350К.

 

Определение осевых размеров узлов и длины двигателя

Длина двигателя складывается из осевых габаритов всех узлов двигателя.

Определение осевых габаритов  компрессора и турбины проводится по формуле:

L=(S +S ) ,

где S и S -ширина первой и последней ступеней;

N- число ступеней.

Осевая ширина ступени равна:

S=h , где - относительная ширина ступени.

Редуктор:

L=1,7 =1,7 0,5=0,85м

Компрессор:

S =0.077 м;

S =0.045 м;

L= м.

Турбина:

S =0.05 м;

S =0.15 м;

L= м.

Длина ОКС:

L=0.8D = м.

Длина сопла:

L =(0.7-1.5) D ;

L =0,8 D =0,8 м.

Длина двигателя:

L=0,85+0,53+0,27+0,56+0,631=2,77 м

 

Определение массы двигателя  и проектируемого узла

Приближенно массу двигателя  можно оценить:

М =А , где А-  поправочный коэффициент; для двигателей  равен 2500-4500.

М =4100 =1406,3 кг.

Выводы

Согласно расчетам, компрессор выполнен десятиступенчатым, турбина- трехступенчатой; ОКС- прямоточная, кольцевая; длина двигателя-; 2,77 м., масса двигателя – 1406,3 кг.

 

 

 

 

 

Таблица 2

Элементы	Параметры			Сечения	Параметры			Параметры
	кг/с	об/мин	N, кВт		Р , Па	Т, К	С , м/с	D , мм	D , мм	H, мм
Компрессор	17,035	4975,9	9567,13	Вход Выход	1,01 9,1	288 579,8	185 120	500 700	371 425	181 137
Турбина	16	8875,2	9567,13	Вход Выход	8,76 2,88	1350 893,5	157,33 303,72	760 798	680 649	41 69

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Краткое описание систем, обеспечивающих работу двигателя

2.1 Масляная система двигателя

Маслосистема двигателя  служит для обеспечения потребителей необходимым количеством масла.

Масло используется в  следующих целях:

уменьшение трения и  износа деталей;

охлаждение деталей;

удаление продуктов  износа;

контроль тех. состояния деталей, находящихся в контакте (опор двигателя и агрегатов);

предотвращение коррозии и наклепа.

Потребителями масла  в проектируемом двигателе являются: редуктор, подшипники опор роторов, детали привода агрегатов.

Высокоскоростные подшипники опор двигателя, требуют применения масла низкой вязкости для обеспечения  большой прочности.

 Редуктору же необходимо  масло повышенной вязкости, способное хорошо удерживаться на поверхности сопрягающихся деталей. В качестве смазывающего вещества используется смесь масел, состоящая из 75% трансформаторного масла или МК-8 и из 25% масла МС-20. Эта смесь масел  удовлетворяет всем вышеизложенным требованиям и надежно обеспечивает запуск двигателя при низких температурах воздуха.

На проектируемом двигателе  в целях повышения безопасности полетов, уменьшения веса и гидравлических потерь в трубопроводах применяют  автономную маслосистему, у которой  все агрегаты расположены на двигателе.

Маслосистема на проектируемом  двигателе циркуляционная, короткозамкнутая, то есть нагнетаемое и откачиваемое непрерывно прокачивается по замкнутому кольцу, что значительно упрощает маслосистему и значительно увеличивает  скорость прогрева масла и достаточную высотность.

Параметры маслосистемы:

1  температура масла  на входе в двигатель - 343…363 К;

2  максимально допустимая  температура масла - 363 К;

3  давление масла  на режиме «малого газа» - Па;

4  давление масла на режиме выше «малого газа» - Па;

В маслосистему входят следующие  агрегаты:

масляный бак;

воздушно – масляный радиатор;

маслоагрегат, включающий в себя, пять секций, нагнетающую и четыре откачивающих;

центробежный воздухоотделитель;

центробежный суфлер;

 масляные фильтры.

  Заполнение маслосистемы  двигателя маслом, поддержание постоянного  давления на входе в нагнетающую  секцию маслоагрегата производится  подкачивающей секцией. Избыточное  давление масла в системе поддерживается редукционным клапаном. Все отработанное масло из картера, редуктора двигателя через маслосборник откачивается откачивающими секциями маслоагрегата. При этом в воздухоотделителе происходит отделение воздуха от масла и воздух через центробежный суфлер отводится в атмосферу. 

 

2.2 Система топливопитания

Система топливопитания предназначена для подвода необходимого количества топлива к форсункам  камеры сгорания.

Система топливопитания должна удовлетворять следующим  требованиям:

хорошее качество распыла  топлива на всех режимах работы двигателя;

высотность должна быть не ниже практического потолка самолета;

безопасность в пожарном отношении;

удобство заправки топливом и возможность аварийного слива  топлива;

процесс подачи топлива  к двигателю должен быть полностью автоматизированным;

система должна иметь  высокую надежность, малый вес  и габариты.

Система топливопитания двигателя состоит из магистралей  низкого и высокого давления.

Система низкого давления включает топливный подкачивающий  насос с редукционным клапаном, топливные фильтры грубой и тонкой очистки с сигнализатором перепада давления и предохранительным клапаном, расходомер топлива.

Система высокого давления обеспечивает подвод топлива к рабочим  форсункам. Она состоит из насоса регулятора, автомата дозаправки топлива, стоп крана, датчика давления топлива, топливного коллектора с восемнадцатью рабочими форсунками.

Параметры системы топливопитания:

1  давление топлива  за подкачивающим насосом - Па;

2  потребная прокачка топлива - м³/c;

3  расход топлива через насос  регулятор - м³/c;

 

Система автоматического  управления двигателем поддерживает постоянными, равновесные обороты на всех рабочих режимах, корректирует подачу топлива в двигатель по высоте и скорости полета, ограничивает температуру газа перед турбиной, управляет запуском и обеспечивает автоматически останов двигателя с одновременным вводом воздушного винта во флюгерное положение, при выходе двигателя из строя.

Система управления двигателем обеспечивает изменение мощности двигателя, его останов и принудительное флюгирование.

 Основная группа автоматических  устройств включает в себя: замкнутую систему регулирования оборотов и незамкнутую систему автоматического регулирования температуры газов перед турбиной. Эта система дополняется замкнутыми ограничителями крутящего момента на валу винта и температуры газов перед турбиной. Задание режима работы двигателя осуществляется единым рычагом управления, путем настройки регулятора подачи топлива. Корректировка настройки регулятора производится по давлению воздуха на входе в двигатель с помощью барометрического корректора.

Во вторую группу входят дополнительные регулирующие устройства,

с помощью барометрического корректора, обеспечивающие регулирование подачи топлива на неустановившихся режимах работы двигателя при запуске, приемистости и сбросе газа. Сюда входят топливный автомат запуска (ТАЗ), ограничитель предельных оборотов во время приемистости (ОПО), автомат приемистости и сброса газа (АП).

В третью группу входят автоматические устройства, обеспечивающие регулирование  компрессора.

В четвертую группу входят защитные автоматические устройства, с помощью которых осуществляется непосредственной воздействие на воздушный  винт.

 

2.3  Система запуска двигателя

Система запуска двигателя  является частью системы питания  и запуска СПЗ-27.

Система  СПЗ-27 обеспечивает питание  постоянным током и запуск двигателя осуществляемый от стартер-генератора. Последовательность включения агрегатов  при запуске двигателя осуществляется временным автоматом.

Система состоит из стартер-генератора, свечей зажигания, элементов пусковой топливной системы.

Пусковая топливная  система обеспечивает подачу топлива  при запуске. В систему входит электромагнитный клапан пускового топлива, фильтр, обратный клапан, коллектор пускового топлива, два пусковых воспламенителя.    

 

2.4 Противообледенительная система

Противообледенительная  система состоит из рессивера отбора воздуха за VI ступенью компрессора, распределительной заслонки отбора воздуха (ЗОВ), электрозаслонки, теплоизолированного коллектора  и трубопроводов, соединяющих перечисленные элементы.

Включение ПОС осуществляется открытием электрозаслонки , управляемой электромеханизмом ЭПВ- 24МТ. При включенной системе воздух через распределительную заслонку , трубопроводы и электрозаслонку поступает в кольцевой теплоизолированный коллектор и далее через уголковые штуцера - в полости в районе редкктора. По указанным полостям воздух проходит к центральной втулке ВНА и, выйдя через отверстия в передней крышке, направляется на обогрев наружной обечайки кока . Из обечайки кока через отверстия воздух выходит в проточную часть.

 

2.5 Система контроля двигателя

Система контроля двигателя  обеспечивает:

- контроль режимов работы двигателя;

- контроль работы систем двигателя;

- контроль   технического   состояния   отдельных   узлов   и   агрегатов

двигателя.

Режимы работы двигателя задаются частотой вращения (оборотами),  постоянными    для    всех    условий    полета,    кроме       режимов

ограничения.

Дополнительными параметрами  контроля режимов работы двигателя  являются:

- - температура газов за турбиной .

 

 

2.6 Противопожарная система

Противопожарная система  двигателя включает в себя:

— трубопроводы подвода огнегасящей жидкости во внутреннюю полость редуктора, масляную полость картера турбины и заднюю опору, а также форсунки распыла огнегасящей жидкости в указанных полостях;

— противопожарную перегородку, установленную на картере турбины, которая вместе с противопожарной перегородкой гондолы двигателя отделяет горячую часть двигателя от агрегатов и трубопроводов топливной и масляной системы, расположенных в передней части двигателя.

Противопожарная система  двигателя выполнена отдельно от противопожарной системы самолета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ НА ПРОЧНОСТЬ

1 ступень компрессора

В рабочих лопатках возникают  следующие напряжения:

• растяжение центробежных сил вращающихся масс рабочих лопаток;
• изгиба   под   действием   потока   газа   или   воздуха,   при   движении   его
• по межлопаточным каналам;
• изгиба от центробежных сил, если центр масс сечений лопатки не лежат на одном радиусе, проходящем через центр масс корневого сечения;
• вибрационное напряжение;
• кручение от действия центробежных и газовых сил.

Центробежные силы, действующие  на продольную часть лопатки, являются основным источником её статической  напряженности.

Определяющими напряжениями при этом будут напряжения растяжения.

При расчете лопатки на прочность  делаются следующие допущения:

лопатка рассматривается  как консольная балка;

напряжения определяются независимо от других видов деформации;

по сечению лопатка нагревается  равномерно, т.е. Температурное напряжение отсутствует, механические свойства материала  лопатки по сечению одинаковы;

лопатку считаем жесткой;

предполагаем, что деформации лопатки  протекают в упругой зоне.

Тогда напряжение растяжения от действия элементарной центробежной силы определяются по формуле:

; интегрируя это выражение  от  до ,

получим: