Численное моделирование теплового состояния диска турбины высокого давления при модернизации турбореактивного двигателя

Июль 22, 2022

Главная
Разное
Численное моделирование теплового состояния диска турбины высокого давления при модернизации турбореактивного двигателя

Содержание

2. Цель работы - численное моделирование теплового состояния диска ТВД при модернизации ТРДДФ с учетом экспериментальных данных
3. КОНСТРУКЦИЯ ТВД
4. КОНСТРУКЦИЯ ТВД 1 – коллектор ВВТ; 2 – клапанный аппарат отключения; 3 – воздушный фильтр; 4
5. ОСОБЕННОСТИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТУРБИНЫ ТРДДФ Схема меридионального профиля проточной части турбины двигателя Основные геометрические параметры ТВД
6. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТВД Температура (°С) диска ТВД на максимальном стендовом режиме 1 – камера сгорания; 2
7. ТРЕБОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИСКА ТВД Важнейшими требованиями к конструкции дисков являются минимальная масса и высокая
8. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ Распределение температуры в диске ТВД для характерных режимов
9. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ Изменение температуры диска ТВД на различных радиусах (в
10. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД ОПИСАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА НДС Общий вид расчетной модели №1 Общий
11. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УПРУГОГО И УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО НДС Схема расположения точек в диске ТВД
12. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПОДВОДА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА К РАБОЧЕЙ ЛОПАТКЕ ТВД
13. СХЕМЫ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ
14. «БЕЗНАДДУВНАЯ» СХЕМА ПОДАЧИ ОХЛАДИТЕЛЯ Тракт подачи охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины выполнен без лабиринтных уплотнений
15. УСТАНОВКА «РОТОР-1» 1 - сопловое устройство; 2 - подкачивающее устройство; 3 - имитатор радиальных каналов диска
16. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПОДАЧИ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА К РАБОЧЕЙ ЛОПАТКЕ ТВД
17. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ По результатам экспериментальных данных была установлена зависимость отношения давления торможения воздуха в относительном движении
18. НАЧАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА: - Полное давление на входе в АЗ, - Статическое давление
19. АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
20. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
21. ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ДИСКА ТВД ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТЕРМОМЕТРИРОВАНИЯ
22. РАСЧЕТНАЯ СЕТКА Носок ТВД Вал КВД
23. РАСЧЕТНАЯ СЕТКА ДИСКА ТВД
24. ПРИЛОЖЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ НА ДИСКЕ ТВД В ПЕРВОНАЧАЛЬНОМ ВАРИАНТЕ Граничные условия для режима Н = 0,
25. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ДИСКА XI режим (Н = 11, M = 2) I режим (Н
26. ПРИЛОЖЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ НА ДИСКЕ ТВД В УСОВЕРШЕНСТВОВАННОМ ВАРИАНТЕ I режим (Н = 0, M =
27. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ИСХОДНОЙ И УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МОДЕЛИ ДИСКА ТВД НА XI РЕЖИМЕ
28. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе был проведен прочностной расчет диска ТВД и проектировочный расчет системы подвода охлаждающего
30. Скачать презентацию

Слайд 2

Цель работы - численное моделирование теплового состояния диска ТВД при 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.

Слайд 3

КОНСТРУКЦИЯ ТВД

Слайд 4

КОНСТРУКЦИЯ ТВД
1 – коллектор ВВТ;
2 – клапанный аппарат отключения;
3

– воздушный фильтр;
4 – агрегат управления охлаждением;
5 – электромагнитный клапан;
6 – микровыключатель;
7 – коллектор управляющего воздуха;
8 – воздухо-воздушный теплообменник

Слайд 5

ОСОБЕННОСТИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТУРБИНЫ ТРДДФ
Схема меридионального профиля проточной части турбины двигателя
Основные

геометрические параметры ТВД на среднем диаметре на режиме «максимал»

Слайд 6

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТВД
Температура (°С) диска ТВД на максимальном стендовом режиме
1 –

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

Слайд 7

ТРЕБОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИСКА ТВД
Важнейшими требованиями к конструкции дисков 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.

Слайд 8

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД
РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ
Распределение температуры в диске ТВД

для характерных режимов (моментов времени), °С

Номера участков приложения граничных условий

Слайд 9

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД
РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ
Изменение температуры диска ТВД на

различных радиусах (в центре сечений), °С

Слайд 10

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД
ОПИСАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА НДС
Общий вид расчетной

модели №1

Общий вид расчетной модели №2

Общий вид расчетной модели №3

Слайд 11

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВД
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УПРУГОГО И УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО НДС
Схема расположения 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)

Слайд 12

ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПОДВОДА ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА К РАБОЧЕЙ ЛОПАТКЕ ТВД

Слайд 13

СХЕМЫ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ

Слайд 14

«БЕЗНАДДУВНАЯ» СХЕМА ПОДАЧИ ОХЛАДИТЕЛЯ
Тракт подачи охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 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.

Слайд 15

УСТАНОВКА «РОТОР-1»
1 - сопловое устройство;
2 - подкачивающее устройство;
3 - имитатор

радиальных каналов диска турбины.

Слайд 16

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПОДАЧИ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА К РАБОЧЕЙ ЛОПАТКЕ ТВД

Слайд 17

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
По результатам экспериментальных данных была установлена зависимость отношения давления 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

Слайд 18

НАЧАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА:
- Полное давление на входе в

АЗ,
- Статическое давление на срезе АЗ,
- Полная температура на входе в АЗ,
- Геометрические данные по АЗ, (Rаз , , Fаз)
- Коэффициент скорости,
- Угловая скорость диска, ω

Слайд 19

АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Слайд 20

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Слайд 21

ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ДИСКА ТВД ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТЕРМОМЕТРИРОВАНИЯ

Слайд 22

РАСЧЕТНАЯ СЕТКА
Носок ТВД
Вал КВД

Слайд 23

РАСЧЕТНАЯ СЕТКА ДИСКА ТВД

Слайд 24

ПРИЛОЖЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ НА ДИСКЕ ТВД В ПЕРВОНАЧАЛЬНОМ ВАРИАНТЕ
Граничные условия для

режима Н = 0, М = 0

Слайд 25

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ДИСКА
XI режим (Н = 11, M

= 2)

I режим (Н = 0, M = 0)

Слайд 26

ПРИЛОЖЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ НА ДИСКЕ ТВД В УСОВЕРШЕНСТВОВАННОМ ВАРИАНТЕ
I режим (Н

= 0, M = 0)

XI режим (Н = 11, M = 2)

Слайд 27

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ИСХОДНОЙ И УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МОДЕЛИ ДИСКА ТВД НА XI РЕЖИМЕ

Слайд 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе был проведен прочностной расчет диска ТВД и 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.

Численное моделирование теплового состояния диска турбины высокого давления при модернизации турбореактивного двигателя

Содержание

Цель работы - численное моделирование теплового состояния диска ТВД при модернизации

КОНСТРУКЦИЯ ТВД

КОНСТРУКЦИЯ ТВД1 – коллектор ВВТ; 2 – клапанный аппарат отключения; 3

ОСОБЕННОСТИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТУРБИНЫ ТРДДФСхема меридионального профиля проточной части турбины двигателяОсновные

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТВДТемпература (°С) диска ТВД на максимальном стендовом режиме1 –

ТРЕБОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИСКА ТВД Важнейшими требованиями к конструкции дисков являются

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВДРАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯРаспределение температуры в диске ТВД

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВДРАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯИзменение температуры диска ТВД на

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВДОПИСАНИЕ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ АНАЛИЗА НДСОбщий вид расчетной

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ДИСКА ТВДРЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УПРУГОГО И УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО НДССхема расположения точек