田松岩11151081-冲击式涡轮的设计计算

1、 大作业-冲击式涡轮的设计计算1.冲击式涡轮参数的选择在具有冲击式涡轮的供应系统(无补燃发动机系统)中，由燃气发生器产生的富燃燃气驱动涡轮，涡轮不冷却，富燃燃气的温度在10001200K的范围内，比富氧燃气的允许温度(600800K)高得多。另外，富燃燃气的气体常数比富氧燃气的气体常数大一些，这些都有利于减小需通过涡轮的燃气流量。涡轮流量是具有冲击式涡轮的供应系统的主要参数之一。值越小，发动机的比冲就越高。涡轮流量可由泵和涡轮的功率平衡：泵的需用功率降低，可减小通过涡轮的燃气流量，因此应尽量提高泵的效率。选定泵的结构并确定其效率后，可根据功率平衡求出所需的涡轮燃气流量，由此确定涡轮的效率。涡轮

2、入口压力(燃气发生器压力)取决于氧化剂泵的出口压力。当用燃料冷却推力室时，燃料泵出口压力比氧化剂泵的出口压力高。涡轮出口压力之值取决于涡轮排气是直接排入周围环境还是导入辅助喷管。冲击式涡轮计算的原始数据为：(1)涡轮的设计功率：涡轮功率由泵所需的功率决定，由涡轮泵装置设计任务给定：NT=NPf+NPo其中，涡轮的设计功率，又称涡轮的轴功率；燃料泵的轴功率；氧化剂泵的轴功率。(2)涡轮的设计角速度：涡轮的设计转速由泵不发生汽蚀时允许的最大角速度确定；(3)涡轮工质的物理常数和温度：涡轮进口总压、进口总温、和出口静压；涡轮工质的绝热指数和气体常数。2冲击式涡轮的计算(1)原始数据1.涡轮功率 (由

3、涡轮泵的计算得出)2.角速度 (由泵的计算得出)3.入口总压 (由涡轮泵的计算得出)4.出口压力 (给定)5.入口滞止温度 (给定)6.气体常数 (给定)7.绝热指数 (给定)(2)燃气流量的确定8.平均直径处圆周速度 (给定)9.平均直径 =2×3002410=0.249m10.(膨胀)压比 (选定)11.绝热功=879.40kJ/kg12.喷嘴出口绝热速度 =2×879400=1326.20m/s13.速度比 =3001326.2=0.22614.有围带的叶轮与壳体间的最小间隙(轴向的或径向的) 15.最小间隙的相对值 16.需要的燃气流量 =1200879.4

4、5;0.63=2.17kg/s根据=0.241值，按同类涡轮预先确定涡轮的效率的第一次近似值。故取T=0.6317.涡轮的比转速 nst=193.3×24102.171.08/879.434=22.9918.涡轮的比功 =12002.17=553.00 kJ/kg 19.比功系数 =5530003002=6.144(3)喷嘴装置出口和叶轮入口轴向间隙内气流参数的确定20.气流角 (给定)21.速度系数 (给定)22.喷嘴装置出口流速 =0.94×1326.20=1246.63m/s23.喷嘴装置内气体临界速度=675.76m/s24.折合速度 =1326.20675.76=

5、1.8725.总压恢复系数=0.5726.总压 =0.57×10=3.42MPa27.间隙内的静温=507.73K=0.22MPa28.间隙内气体密度 =0.22400×507.73=1.08kg/m329.间隙内气体声速 =1.33×400×507.73=519.72m/s30.马赫数 =1246.43519.72=2.4031.叶轮入口相对流速=963.74m/s32.相对运动的滞止温度=803.03K其中，=300675.76=0.4433.相对运动的临界速度 =605.56m/s34.折合速度 =963.74605.56=1.59 35.相对运动

6、的马赫数 =963.74519.72×1.6636.相对运动的总压 =1.230MPa(4)叶轮叶片最佳高度的确定37.叶栅宽度 (给定)叶片的宽度在强度和工艺许可的情况下,选取最小值(815mm)。38.叶栅相对节距 预先给定的第一次近似值。39.轮盘内雷诺数 40.围带侧雷诺数 41.部分进气度 预先给定的第一次近似值。42.叶片相对高度 由得到43.叶片高度 (5)具有锥形喷口的喷嘴装置尺寸的确定44.外围重合高度 (选取)45.轮毂处重合高度 (选取)46.喷嘴叶片高度 由导出。47.喷嘴最小截面总面积由导出。其中，喷嘴叶片的数量；多变指数，；从入口端到临界截面的总压(恢复)

7、系数，；。，对于冲击式涡轮，时，燃气在通道的斜切部分继续膨胀。48.喷嘴锥形段内速度系数 (选取) 收敛形喷嘴的速度系数。49.喷嘴扩张度 =10.57×0.3471=4.69其中, =0.347150.锥形段端部截面积 =f1'zcfmin=0.001601m251.喷嘴出口截面积 =0.001601÷sin17=0.005476m252.部分进气度 =0.33 计算得到的第二次近似值。53.喷嘴数 =4×0.001601×0.0212=4.6=554.喷嘴出口端椭圆的长轴 =0.021÷sin17=0.072m55.喷嘴节距 =0.

8、071m56.单个喷嘴最小截面直径 =0.02m2(6)叶轮叶栅参数的确定57.气流入口角 =22.2258.速度系数 =0.98 (选取) 预先给定的第一次近似值。59.出口端相对流速 =0.98×2410=944.47m/s60.折合速度 =1.5661.总压系数 =0.9262.折合流量 =0.688563.叶片出口高度 =0.022m64.相对运动的气流出口角=24.5165.叶栅相对节距 66.叶片安装角 67.叶片弦长 68.叶栅节距 69.叶片数 70.叶片相对长度 (选取)71.叶栅损失系数 (选取)72.速度系数 =0.88(7)叶轮出口端气流参数的确定73.出口静温 =803.03-1.33-12×1.33×400×944.472=526.37K74.出口绝对流速=402.43m