Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

В.Е. Михальцев, В.Д. Моляков

Расчет параметров цикла
при проектировании
газотурбинных двигателей
и комбинированных установок

Под редакцией И.Г. Суровцева

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия
по курсам «Теория газотурбинных и комбинированных
установок», «Проектирование стационарных
газотурбинных и комбинированных установок»,
«Проектирование авиационных газотурбинных
двигателей», «Дипломное проектирование», «Курсовое
проектирование. Лопаточные машины. Часть 2»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2014

УДК 621.438(075.8)
ББК 31.363
М69

М69

Рецензенты: В.И. Гуров, Н.Д. Чайнов

Михальцев В. Е.
Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок : учеб. пособие
/ В. Е. Михальцев, В. Д. Моляков ; под ред. И. Г. Суровцева. —
М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 58, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-3814-3
Рассмотрено определение основных параметров газотурбинных
двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ) энергетического,
транспортного и авиационного назначения и их узлов на основе приближенного расчета для проведения дальнейших детальных термогазодинамических расчетов элементов и уточнения параметров ГТД и
ГТУ.
Для студентов старших курсов, выполняющих курсовой и дипломный проекты. Пособие может быть полезно для преподавателей, слушателей института повышения квалификации и специалистов, работающих в области создания ГТД, ГТУ и комбинированных установок.
УДК 621.438(075.8)
ББК 31.363
Учебное издание

Михальцев Всеволод Евгеньевич
Моляков Валерий Дмитриевич

Расчет параметров цикла при проектировании
газотурбинных двигателей и комбинированных установок

Редактор С.А. Серебрякова
Корректор Н.А. Фетисова
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 21.02.2014. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 3,49. Тираж 100 экз. Изд. № 81.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.

ISBN 978-5-7038-3814-3
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

Приближенный расчет авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ) необходим при
определении основных параметров двигателя и его узлов, когда по
заданным типу, схеме установки, мощности Ne (или силе тяги R),
температуре T ∗
г газа перед турбинами требуется приближенно
определить расход G рабочего тела (или по заданному значению
расхода G найти мощность Ne), частоту вращения n, основные
размеры узлов, экономичность установки и выбрать степень повышения давления π∗
к. На основе полученных данных можно
провести детальные термогазодинамические расчеты элементов и
уточнить параметры ГТД и ГТУ.
В учебном пособии описана методика расчета параметров простейшей схемы одновальной ГТУ и указаны особенности расчета
усложненных многовальных ГТУ и ГТД. Расчет усложненных схем
многовальных установок более полно представлен в работах [1—8].
В приложениях 1—5 приведены графические зависимости для
определения показателя изоэнтропы и удельной теплоемкости, в
приложении 6 — аналитические зависимости для тех же параметров, в приложении 7 — формулы для вычисления параметров
замкнутой ГТУ.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В
— винт
ВВл
— винтовентилятор
Вл
— вентилятор
ВРД
— воздушно-реактивный двигатель
Г
— камера сгорания
ТВД
— турбовинтовой двигатель, турбина высокого давления
ТВВД
— турбовинтовентиляторный двигатель
ТРД
— турбореактивный двигатель
ТРДД
— двухконтурный ТРД с раздельными реактивными соплами
ТРДДсм — двухконтурный ТРД с общим реактивным соплом
ТРДДФ
— двухконтурный ТРД с форсажной камерой сгорания
ТРДФ
— турбореактивный двигатель с форсажной камерой сгорания
К
— компрессор
КВД
— компрессор высокого давления
КНД
— компрессор низкого давления
Н
— нагрузка
Р
— регенератор (рекуператор)
С
— реактивное сопло
Т
— турбина
ТВ
— турбина вентилятора
ТВлД
— турбовентиляторный двигатель
ТНД
— турбина низкого давления
X
— охладитель (холодильник)

4

ра, Та
— давление, температура окружающей среды
рв, Тв
— давление, температура рабочего тела при входе в компрессор
рг, Тг
— то же за камерой сгорания
рк, Тк
— то же за компрессором
рр, Тр
— то же за регенератором на воздушной стороне
рт, Тт
— то же за турбиной
ру, Ту
— то же за регенератором на газовой стороне (параметры уходящего газа)

1. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ КПД
И КОЭФФИЦИЕНТОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ
ПОТЕРИ ПО ТРАКТУ УСТАНОВКИ

На основе задания на проект ГТД (ГТУ) определяем схему
установки. Для этого выбираем:
1) число валов;
2) тип компрессора (осевой, центробежный);
3) тип турбины (осевая, радиальная);
4) температуру газа T ∗
г (звездочкой обозначены температура и
давление торможения в отличие от их статических значений);
5) степень регенерации σ (при наличии регенератора);
6) частоту вращения (при заданной частоте вращения вала нагрузки для роторов ГТУ, соединенных с нагрузкой без редуктора
или мультипликатора).
После этого задаем значения КПД узлов и коэффициентов, характеризующих потери по тракту установки.
1. Коэффициент полного давления при входе

σвх = 0,98 . . . 0,99

зависит от сложности подводящего трубопровода, наличия фильтров или дополнительных входных потерь в воздухозаборниках. В
условиях полета самолетов с числом Маха Мv > 1

σвх = σд.дσск,

где σд.д — коэффициент давления дозвуковой части диффузора,

σд.д = 0,99;

σск — коэффициент давления в z скачках уплотнений,

σск = f(Mv, z).

6