ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДИСКА ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ

ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФОРСАЖНОЙ КАМЕРОЙ С УЧЕТОМ ТЕРМОМЕТРИРОВАНИЯ

модернизации ТРДДФ с учетом экспериментальных данных термометрирования.
Задачи:
проанализировать конструкцию турбины высокого

давления;
определить особенности газодинамического проектирования турбины;
выбрать наиболее выгодную систему охлаждения;
установить требования и условия, предъявляемые к диску турбины высокого давления;
провести прочностной расчет диска;
разработать и провести проектировочный расчет системы подвода охлаждающего воздуха к рабочей лопатке турбины;
смоделировать и рассчитать тепловое состояние исходного и усовершенствованного диска, сопоставить результаты расчета.

3 – воздушный фильтр;
4 – агрегат управления охлаждением;
5 –

электромагнитный клапан;
6 – микровыключатель;
7 – коллектор управляющего воздуха;
8 – воздухо-воздушный теплообменник

двигателя
Основные геометрические параметры ТВД на среднем диаметре на режиме «максимал»

– камера сгорания;
2 – воздухо-воздушный теплообменник;
3 – клапанный аппарат;
4 –

лопатка соплового аппарата ТВД;
5 – наружное кольцо;
6 – сотовые вставки;
7 – лопатка рабочего колеса;
8 – обод;
9 – перепускная трубка;
10 – лопатка соплового аппарата ТНД;
11 – лопатка рабочего колеса ТНД;
12 – корпус опоры турбины;
13 – силовая стойка;
14 – рабочее колесо ТНД;
15 – рабочее колесо ТВД;
16 – аппарат закрутки

являются минимальная масса и высокая прочностная надежность.

Первое требование связано с

тем, что в общей массе двигателя масса всех дисков составляет 15 – 20 %. Поэтому уменьшение массы каждого диска позволяет существенно уменьшить массу всего двигателя, т.е. улучшить основной показатель качества его конструкции.

Второе требование связано с безопасностью полетов, так как разрушение дисков в большинстве случаев приводит к самым тяжелым последствиям.

Уменьшение массы дисков достигается путем совершенствования их конструктивной формы, применения новых более легких и прочных материалов, использования более совершенной и точной технологии изготовления дисков.

ТВД для характерных режимов (моментов времени), °С
Номера участков приложения граничных

условий

на различных радиусах (в центре сечений), °С

расчетной модели №1
Общий вид расчетной модели №2
Общий вид расчетной модели

№3

точек в диске ТВД для анализа НДС
Интенсивность пластических деформаций (Модель

№1)

Интенсивность пластических деформаций в замке диска со стороны входа (Модель №2)

Интенсивность пластических деформаций в отверстии крепления диска под болт (Модель №3)

турбины выполнен без лабиринтных уплотнений в зоне высоких окружных скоростей

между статором и ротором турбины, поэтому давление за АЗ подачи охладителя к РЛ турбины практически равно давлению в зазоре между сопловым аппаратом (СА) и рабочим колесом ТВД.

имитатор радиальных каналов диска турбины.

ТВД

торможения воздуха в относительном движении на выходе из радиальных каналов

диска ТВД к статическому давлению на выходе из аппарата закрутки к перепаду давления на аппарате закрутки.

Результаты этих испытаний положены в основу расчета коэффициента потерь в безлопаточном диффузоре
который, по сути, является отношением степени повышения давления в безлопаточном диффузоре, полученной в ходе эксперимента, к степени повышения давления в безлопаточном диффузоре, полученной расчетным путём.

Результаты исследований эффективности системы подачи охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам

Коэффициент потерь в безлопаточном диффузоре

в АЗ,
- Статическое давление на срезе АЗ,
- Полная

температура на входе в АЗ,
- Геометрические данные по АЗ, (Rаз , , Fаз)
- Коэффициент скорости,
- Угловая скорость диска, w

для режима Н = 0, М = 0

M = 2)
I режим (Н = 0, M = 0)

(Н = 0, M = 0)
XI режим

(Н = 11, M = 2)

режиме

проектировочный расчет системы подвода охлаждающего воздуха к рабочей лопатке ТВД.
Результат

прочностного расчета показал, что максимальные напряжения находятся в выкружке замкового паза и отверстии крепления под болт. В них следует ожидать наибольшие пластические деформации.
Проектировочный расчет позволяет определить изменение термодинамических параметров по тракту транспортировки воздуха и его геометрические характеристики, что является основой выбора и обоснования конструктивного исполнения самой системы транспортировки воздуха применительно к известным схемам охлаждения газовой турбины.
В результате исследования на основании комплекса программ математического моделирования был спроектирован ротор ТВД с наиболее выгодной подачей охладителя к рабочим лопаткам турбины и проведена верификация на основании экспериментальных исследований.