Tính toán chu trình nhiệt động cơ tuabin khí

Nguyên tắc hoạt động: Dòng không khí từ môi trường xung quanh được hút vào động cơ nhờ ống hút, sau đó không khí sẽ được dẫn vào máy nén. Tại đây không khí được nén tới áp suất phù hợp để tạo điều kiện đốt cháy tốt nhất trong buồng đốt. Một phần không khí (dòng sơ cấp) được trộn lẫn với nhiên liệu phun vào buồng đốt từ hệ thống nhiên liệu động cơ dưới dạng sương. Hỗn hợp không khí nhiên liệu được đốt cháy giải phóng nhiệt năng. Phần khí còn lại (dòng thứ cấp) được trộn lẫn với sản phẩm cháy để giảm nhiệt độ trước khi vào tuabin và bảo vệ buồng đốt. Tại tuabin nhiệt năng mà nhiên liệu cung cấp cho dòng khí sẽ được truyền cho tuabin (sinh công) làm quay tuabin, tức là động năng của dòng khí biến đổi thành cơ năng để tuabin làm quay máy nén và quạt. Sau khi giãn nở qua tuabin dòng khí tiếp tục giãn nở qua ống đẩy phản lực để tạo lực đẩy cho động cơ.

 

doc79 trang | Chia sẻ: huong.duong | Lượt xem: 5219 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tính toán chu trình nhiệt động cơ tuabin khí, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
cơ (trước ống hút và sau ống đẩy): F= + (Pe –P0 ).Ae (2-1) Trong đó: mo, mf: Lưu lượng khối của không khí và nhiên liệu Vo ,Ve : Vận tốc của dòng không khí vào ống hút và ra ống đẩy Po, Pe : áp suất của dòng không khí vào ống hút và ra ống đẩy Khi dòng khí chuyển động trong động cơ, một phần năng lượng của nó sẽ bị mất mát ở ống hút và ống đẩy. Phần năng lượng này sẽ sinh ra lực cản trong ống hút DOH và DOD. Lúc đó lực đẩy có ích của động cơ sẽ là: T= F- (DOH + DOD) (2-2) Người ta gọi Foh và Fod lần lượt là hệ số tổn thất trong ống hút và ống đẩy và được tính như sau: Foh= (2-3) Vậy lực đẩy có ích có thể tính theo công thức: T= F(1- Foh - Fod) (2-4) 2.2.2 Suất tiêu hao nhiên liệu Đây là lượng nhiên liệu mà động cơ sử dụng để tạo ra một đơn vị lực đẩy (2.5) Tương ứng với lực đẩy có ích ta có suất tiêu hao nhiên liệu có ích: (2.6) Giữa hai đại lượng có mối quan hệ tương tự lực đẩy và lực có ích: S=TSFC(1-Foh- Fođ) (2.7) 2.2.3 Hiệu suất. 2.2.3.1 Hiệu suất nhiệt() (themal efficiency). Hiệu suất nhiệt động cơ được định nghĩa bằng tỉ số giữa năng lượng mà dòng khí tạo ra khi ra khỏi động cơ với năng lượng mà nhiên liệu của động cơ cung cấp cho dòng khí dó. (2-8) Năng lượng của dòng khí ra khỏi động cơ đối với động cơ tuabin khí chính là sự thay đổi động năng của dòng khí (2-9) Năng lượng mà nhiên liệu cung cấp cho dòng khí chính là năng lượng mà nhiên liệu giải phóng khi bị đốt cháy. ( 2-10) hPR: là nhiệt lượng riêng của nhiên liệu. 2.2.3.2 Hiệu suất lực đẩy (hp) (propulsive efficiency). Hiệu suất lực đẩy của động cơ biểu diễn tổng công suất do động cơ tạo ra chuyển thành công suất có ích của máy ra sao. (2-11) T: lực đẩy có ích của động cơ. V0: vận tốc của máy bay. Với động cơ một luồng có một ống hút ta có: (2-12 ) Khi khối lượng nhiên liệu nhỏ hơn khối lượng của không khí rất nhiều và tổn thất trong ống hút và ống đẩy có thể bỏ qua thì ta có công thức tính hiệu suất lực đẩy đơn giản như sau: (2-13) Vậy hiệu suất lực đẩy phụ thuộc vào tỉ số giữa vận tốc của dòng khí ra khỏi ống đẩy và khi vào ống hút, cho nên khi muốn tăng hiệu suất đẩy thì tỷ số này phải bé. ở động cơ Turbojet tỷ số này cao nên hiệu suất thấp còn động cơ Turbofan thì tỷ số này thấp nên hiệu suất lực nâng cao hơn. 2.2.3.3 Hiệu suất toàn phần() (overall efficiency). Hiệu suất toàn phần biểu diễn khả năng của động cơ biến năng lượng do nhiên liệu cung cấp thành công suất có ích của động cơ. Nó chính là tích của hiệu suất nhiệt và hiệu suất lực đẩy. (2-14) Do Q=mf.hpr và thay vào công thức tính hiệu suất chung ta có: và (2-15) 2.2.4 Tỉ số Đây là tỉ số mà người ta quan tâm đến nhiều nhất khi tính toán. Với động cơ một luồng lưu lượng khối của nhiên liệu rất nhỏ so với không khí, nếu bỏ qua các tổn thất ở ống hút và ống đẩy thì theo định luật bảo toàn động lượng tỉ số này có dạng đơn giản như sau: (2-16) Công thức tính hiệu suất lực đẩy (1-13) sẽ có dạng như sau: (2-17) Từ công thức (2-15) nếu coi gần đúng rằng TSFC = S ta có: (2-18) Một máy bay luôn mong muốn suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất và hệ số cao. Chương 3: Tính toán chu trình nhiệt động cơ tuabin khí hai luồng 3.1 Mục đích tính toán. Động cơ hoạt động như sau: Sau khi được khởi động, máy nén cao áp và thấp áp sẽ nén dòng khí và dẫn vào buồng cháy để tạo điều kiện đốt cháy tốt nhất trong buồng cháy. Dòng khí sau khi cháy sẽ giãn nở trên tuabin sinh công quay tuabin rồi phun ra ngoài để tạo ra lực đẩy.Trục tuabin sẽ dẫn động máy nén và quạt. Tuabin cao áp sẽ dẫn động máy nén cao áp. Tuabin thấp áp sẽ dẫn động máy nén thấp áp và quạt. Luồng khí qua quạt sẽ tạo ra lực đẩy, lực đẩy này lớn hơn lực đẩy do luồng qua động cơ sinh ra. Tính toán chu trình nhiệt nhằm mục đích xác định một số thông số chính của động cơ như lực đẩy, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất, nhiệt độ áp suất tại các mặt cắt phục vụ cho việc thiết kế sơ bộ. Thông qua các thông số này mà ta chọn được một thông số, xác định được chủng loại động cơ và là cơ sở ban đầu cho việc thiết kế. 3.1.1 Các thông số chính khi tính toán động cơ phản lực 2 luồng. - Tỉ số nén: Tại một bộ phận a nào đó, tỉ số nén được định nghĩa như sau: (3-1) Trong đó áp suất hãm (3-2) - Tỉ số nhiệt độ hãm: (3-3) Với nhiệt độ hãm (3-4) Với nhiệt độ thường không khí ở bên ngoài ta có và - Tỉ số entanpi vùng cháy: (3-5) (hTra)b: entanpi hãm ra khỏi buồng cháy. h0 : entanpi của dòng không khí bên ngoài. Hệ số phân luồng (à): là tỉ số giữa lưu lượng khối của dòng vào quạt và vào động cơ chính. Tổng lưu lượng khối của dòng vào động cơ là m0 thì: m0=mc+mf (3-6) Với từng bộ phận của động cơ ta có bảng thông số sau: Luồng qua động cơ Luồng qua quạt Vùng cháy Quạt ống hút Máy nén Buồng cháy ống đẩy Tuabin ống đẩy Khi tính toán chu trình nhiệt thực của động cơ, người ta phải chú ý đến các tổn thất ở các bộ phận của động cơ, đối với khí thực thì entanpy(h), hệ số đoạn nhiệt (), nhiệt dung riêng đẳng áp (Cp) đều là hàm của nhiệt độ (T), nếu trong buồng đốt thì chúng còn phụ thuộc vào hệ số nhiên liệu f. Khi nhiệt độ tăng lên thì entanpy và hệ số đoạn nhiệt tăng còn nhiệt dung riêng đẳng áp giảm. Để đơn giản cho tính toán người ta coi CP và là những hằng số ở buồng cháy ta có giá trị trước và sau buồng cháy tương ứng là (CPc,CPt) và (). - Tại ống hút Tổn thất ở đây do ma sát gây ra hoặc do sóng va nếu dòng vào ống hút là dòng trên âm. Tổn thất làm cho áp suất hãm giảm làm giảm tỉ số . Do là quá trình đoạn nhiệt nên . Ta có: (3-7) - Tại máy nén: Tổn thất do ma sát (lớp biên của cánh) và xoáy đuôi (tổn thất do va đập) nhất là với cánh động và nhiều tầng của máy nén. Hiệu suất của máy nén là tỉ số giữa công của quá trình lý tưởng và quá trính thực để tạo ra tỉ số nén của máy nén (3-8) Trong đó là tỉ số nhiệt độ hãm của quá trình lí tưởng nên: (do tỉ số nén các tầng như nhau) Hiệu suất của từng tầng là tỉ số giữa công lý tưởng và công trong quá trình thực tại các tỷ số áp suất () khác nhau. (3-9) Do đẳng entropy nên: ị Vậy ta có: (3-10) Vậy tại máy nén ta có: ln.ln ị Vậy hiệu suất của máy nén là: (3-11) - Tại tuabin: Tương tự như trên ta có hiệu suất là và eT như trên. Hiệu suất Tuabin ngược với máy nén, nó là tỉ số giữa công thức và công lí tưởng để tạo ra một tỉ số nén . Ta dễ dàng nhận được công thức sau: (3-12) Do - Trong buồng cháy: Thực tế không phải cháy đẳng áp nên pb <1 và nhiên liệu không cháy hết hoàn toàn nên nhiệt lượng thực tế là: Q = hb .mf .hPR - Trong ống đẩy: Do đoạn nhiệt nên tn= 1 nhưng pn ạ1 do P9 ạ P0 3.1.2 Phân tích chu trình. Khi phân tích chu trình nhiệt (để tính toán) cho động cơ tuabin khí 2 luồng, có tổn thất, người ta đưa ra các giả thiết sau đây để dễ thiết kế: Khi lý tưởng trước buồng cháy có các hằng số không đổi: gc, Rc, Cpc Khi lý tưởng sau buồng cháy có các hằng số không đổi: gt, Pt, Cpt Tất cả các quá trình là đoạn nhiệt (không làm lạnh tuabin). Hiệu quả của máy nén, quạt và Tuabin được biểu diễn thông qua việc sử dụng các hệ số đa biến (hiệu suất từng tầng) tương ứng là: ec, ef, et Tính toán chu trình nhiệt của động cơ Tuabin khí 2 luồng được chia ra 2 phần, mỗi phần tương ứng với một luồng và gồm nhiều bước nhỏ như sau: 3.1.2.1 Đối với dòng qua quạt (Fan Stream). * Bước 1: Lực đẩy của dòng qua quạt FF= (V19- V0) + A19 (P19 – P0) (3-13) Do: a2= gRTgc P= rRT và m = rVA sau một số biến đổi đơn giản ta được biểu thức sau: = (3-14) * Bước 2: []2= M219 (3-15) * Bước 3: M219= (3-16) Với = pr.pd.pf.pfn * Bước 4: = ở đó: = trtf (3-17) 3.1.2.2 Dòng qua động cơ (Core Stream). * Bước 1: Lực đẩy (tính tương tự trên) Fc= [m9V9 – mcV0] +A9(P9-P0) (3-18) = (3-19) Với tỷ số nhiên liệu/ không khí dùng cho Buồng cháy được xác định như sau: (3-20) * Bước 2: []2= (3-21) * Bước 3: = (3-22) Trong đó: = prpdpcpbptpn (3-23) * Bước 4: = (3-24) Trong đó: = trtdtctttn= tltt (3-25) * Bước 5: áp dụng định luật nhiệt động học 1 vào buồng cháy ta có phương trình cân bằng năng lượng tại buồng cháy như sau: mc.CpcTT3 + hbmfhpR = m4CptTT4 (3-26) Chia 2 vế phương trình trên với m0.Cpt.TT0 rồi biến đổi đơn giản ta có: trtc +f (3-27) *Bước 6 Từ sự cân bằng công suất giữa tuabin, máy nén và quạt với hiệu suất cơ khí hm của tuabin, ta có: McCpc(TT3- TT2) +mfCpc(TT13- TT2) = hmm4Cpt(TT4- TT5) (3-28) Công suất máy nén + công suất quạt = công suất tuabin Chia phương trình trên theo mcCpcTt2 và việc sử dụng các định nghĩa của tỷ số nhiệt, tỷ số nhiên liệu/ không khí và hệ số phân luồng (a) ta nhận được: tc – 1 + a(tf – 1) = hm(1+f) (3-29) Trong đó tỷ số nhiệt của tuabin: tt =1- (3-30) Đối với quạt, ta áp dụng các phương trình: tf = (3-31) hf = (3-32) * Bước 7: Kết hợp phương trình lực đẩy của dòng qua quạt và dòng qua động cơ ta được: = = (3-33) * Bước 8: Hệ số tiêu hao nhiên liệu: S = = Hay S = * Bước 9: Biểu thức hiệu suất lực đẩy hp và hiệu suất nhiệt hT (trường hợp P9= P19= P0) hp= (3-34) hT= (3-35) Sau khi đã phân tích chi tiết trình tự các bước tính toán chu trình nhiệt của động cơ, một chương trình tính đã được viết bằng ngôn ngữ Matlab cho phép giải quyết bài toán. Phần tiếp theo đồ án giới thiệu ứng dụng và kết quả của chương trình tính này trong hai chế độ hoạt động của động cơ : chế độ cất cánh và chế độ bay bằng. 3.2 Tính toán chu trình nhiệt chế độ cất cánh. 3.2.1 Thông số đầu vào. 3.2.2 Kết quả tính toán chu trình nhiệt 3.2.3 Bảng thông số tại các tiết diện cơ bản. 3.2.4 Đồ thị nhiệt độ 3.2.5 Đồ thị áp suất 3.3 Tính toán chu trình nhiệt chế độ bay bằng. 3.3.1 Thông số đầu vào. 3.3.2 Kết quả tính toán. 3.3.3 Bảng thông số tại các tiết diện cơ bản. 3.3.4 Đồ thị nhiệt độ 3.3.5 Đồ thị áp suất Phần 2 thiết kế hệ thống điều khiển khe hở tuabin thấp áp (lptcc) Chương 4: Hệ Thống Điều Khiển Khe Hở TUABIN Thấp áp 4.1 Giới thiệu hệ thống LPTCC của động cơ CFM56-5B 4.1.1 Vị trí. Hệ thống điều khiển khe hở tuabin thấp áp (LPTCC) gồm: Van LPTCC được đặt trên tiết diện lõi động cơ tại vị trí 10 giờ theo chiều quay của kim đồng hồ và có thể tiếp cận bằng cách mở một nửa hệ thống thổi ngược về phía phải của động cơ. Khối logic LPTCC nằm trong Bộ điều khiển điện tử (ECU) được đặt trên vỏ của động cơ tại ví trí 4 giờ. ECU có thể tiếp cận được bằng cách mở vỏ quạt về phía phải của động cơ. Van servo LPTCC nằm trong cụm thủy cơ (HMU) được đặt trên tiết diện quạt của động cơ tại ví trí 7 giờ. HMU có thể tiếp cận được bằng cách mở vỏ quạt về phía trái của động cơ. 4.1.2 Mục đích và kết nối. Mục đích của hệ thống LPTCC là điều khiển sự giãn nở nhiệt của tuabin thấp áp (LPT) trong suốt sự hoạt động của động cơ, nhằm tối ưu khe hở giữa rotor và stator của tuabin thấp áp. Hệ thống LPTCC được nối với: - Các thông số đầu vào được nối tới khối logic LPTCC nằm trong ECU. - Các đường nhiên liệu được nối tới van servo LPTCC nằm trong HMU. - Không khí được lấy từ van LPTCC tới vùng trích khí của quạt và buồng làm mát vỏ LPT. 4.1.3 Thiết kế và hoạt động. Hệ thống LPTCC là một hệ thống kín nó điều khiển dòng trích khí gửi đến vỏ của tuabin thấp áp thông qua một van và một hệ thống ống. Theo thứ tự đến từ ECU, một tín hiệu điện tỷ lệ với một vị trí van yêu cầu được gửi trực tiếp đến một servo van nằm trong HMU. Servo van thay đổi thông tin điện theo áp suất nhiên liệu và gửi nó tới van LPTCC. Trạng thái van được xác định bởi lượng không khí gửi đến hệ thống ống làm lạnh vỏ tuabin thấp áp. Vị trí van hiện thời gửi tới ECU như một thông tin phản hồi cho phép so sánh giữa vị trí yêu cầu và vị trí hiện thời. Nếu vị trí van không phù hợp với yêu cầu thì ECU sẽ gửi một tín hiệu khác thông qua HMU để thay đổi trạng thái của van cho tới khi đạt được vị trí yêu cầu. 4.1.4 Mô tả chức năng điều khiển hệ thống. Khối logic LPTCC nằm trong ECU sử dụng nhiều thông tin của sensor để thành lập ra vị trí van yêu cầu. Các thông số của động cơ như: số vòng quay của quạt N1, nhiệt độ khí xả EGT, áp suất khí quyển P0 và của hệ thống máy bay như: nhiệt độ tổng TAT và áp suất tổng PT2. Vị trí yêu cầu gửi bởi hai kênh của ECU như một tín hiệu điện tới van servo LPTCC nằm trong HMU. Servo van dịch chuyển piston để điều khiển tín hiệu áp suất nhiên liệu gửi đến để dẫn động van LPTCC. Cơ cấu chấp hành dẫn động van bướm thiết lập dòng khí nằm trong van LPTCC. Thay đổi tích hợp xây dựng trên van cảm biến và gửi thông tin phản hồi vị trí van đến cả hai kênh ECU. Vị trí van bướm xác định lượng không khí trích ra từ quạt vào buồng làm lạnh và hệ thống ống. 4.1.5 Mô tả chức năng van LPTCC. Van LPTCC gồm một cơ cấu dẫn động thanh răng tuyến tính với một bánh rẽ quạt để dẫn động trục van bướm. Hình 4.1 Sơ đồ mô tả chức năng của van LPTCC. Cơ cấu được nối với mặt phẳng điều khiển, gồm 3 cửa, 2 trong 3 cửa này được sử dụng để dẫn động van: Cửa 1: Nối với áp suất điều chỉnh từ van Servo đến 1 phía cơ cấu dẫn động(Pc). Cửa 2: Nối áp suất trung gian (Pcr) đến phía bên kia của cơ cấu dẵn động. áp suất điều chỉnh có thể lớn hơn hay nhỏ hơn Pcr và xác định chiều của cơ cấu dẫn động. Cửa 3: Là cửa xả, nó được thiết kế để tính chất lỏng rò rỉ từ cơ cấu dẫn động và mang tới hệ thống xả. ARVDT (Bộ biến đồi vi phân vòng) Sensor được đặt tại điểm cuối của trục van bướm và cấp một tín hiệu điện tương ứng của van. - áp suất Pb: áp suất Pb chính là áp suất quay vòng lại đầu vào bơm thấp áp, hay Pb chính là áp suất trên đường hồi, áp suất hồi của nhiên liệu từ các Servo valve. Giá trị của Pb trong khoảng:20-200psi. - áp suất Pc (controll presure): Pc là một trong các áp suất làm việc, Pc được điều khiển bằng bộ điều khiển áp suất Pc với áp suất đầu vào là Psf và nhờ các tổn thất bên trong bộ điều khiển kết hợp với lực lò xo (lực lò xo luôn cung cấp một lực tương đương với 300 psi) để cho áp suất ra là Pc. Pc được gữi một giá trị không đổi: Pc = Pb + 300 psi - áp suất Pcr(áp suất điều khiển hồi): Pcr cũng được điều khiển bằng một bộ điều khiển áp suất giống như Pc. Pc được điều khiển để gữi giá trị không đổi Pcr = Pb + 150 psi. 4.1.6 Mô tả chức năng điều khiển logic. Khối logic điều khiển hệ thống LPTCC gồm ba khối tính toán: Khối logic chính là khối tính toán vị trí yêu cầu của van LPTCC để thiết lập vị trí yêu cầu của van. sự tính toán này sử dụng số vòng quay chính xác N1, tổng áp suất PT2, áp suất khí quyển P0 cộng với kết quả của các khối tính toán khác. Khối tính toán thứ 2 là khối tính toán dòng khí tuabin thấp áp nó tính toán dòng khí ở trạng thái ổn định với các thông số: áp suất khí quyển P0 và số vòng quay chính xác cuả quạt N1, cộng với tính toán dòng khí không ổn định với số vòng quay N1, nhiệt độ tổng vào quạt TAT và nhiệt độ khí xả EGT. Khối thứ 3 là khối tính toán nhiệt độ rotor tuabin thấp áp để tính toán sự biến thiên kích thước vỏ tuabin thấp áp với nhiệt độ khí xả EGT cộng thêm sự biến thiên đường kính quạt với tín hiệu vòng quay quạt. 4.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển hệ thống LPTCC của động. Chương 5 : Thiết kế bơm nguồn 5.1 Các số liệu ban đầu. Lưu lượng của bơm Q =220 ( lít/ phút ) áp suất yêu cầu: P =60 (par) Số vòng quay làm việc: n = 6250 ( vòng/ phút ). Hiệu suất của bơm h =0,84 5.2 Tính toán các thông số bánh răng Ta có mỗi liên hệ giữa lưu lượng Q và các thông số bánh răng như sau: Q = h.2p.D .b.m.n Trong đó : Q: là lưu lượng của bơm D: là đường kính bánh răng b: là bề rộng của bánh răng m: mô đun của bánh răng n: số vòng quay h: hiệu suất bơm Mặt khác ta có mỗi liên hệ giữa Q và m là: m = ( 0,24á0,44 ). ị m = ( 0,24á0,44 ). ị m = 3,5 á 6,5 Trong đó Q là lưu lượng tính theo lít/phút. Modul m tính theo mm. Vậy ta chọn m = 4 mm. Ta có q =cm3/vòng. Mặt khác q = 2p.m2.2b.h Chọn Với m = 4 (mm ) ị b =7.4 = 28 (mm) Vậy số răng ị Z =15 Đường kính vòng lăn bánh răng : D = Z.m = 15.4 = 60 Đường kính đỉnh răng : Dd = ( Z+2 ).m = ( 15 +2 ) .4 = 68 (mm). Đường kính chân răng : Df = ( Z – 2,5 ).m = (14 – 2,5 ).4 = 50 (mm). Vậy các thống số bánh răng như sau : Môdul m = 4 (mm). Số răng Z =15. Bề rộng bánh răng b = 28 (mm). Đường kính vòng lăn D = 68 (mm). Đường kính đỉnh răng Dd = 60 (mm). Đường kính chân răng Df =50 (mm). 5.3 Tính trục bơm và ổ trượt. - Tính trục bơm Ta tính đường kính trục bơm theo công thức sau. Trong đó D là đường kính trục bơm . M là mônem. [t] là ứng suất giới hạn của vật liệu . Ta chọn vật liệu là thép hợp kim 40X ị [t] = 20 Mpa Ta có công suất: N = M.w =P.Q (Nm) Vậy mô men thực sẽ tính được là : (Nm). (mm). Vậy ta chọn đường kính trục là: d = 25 mm. - Tính toán ổ trượt Vận tốc trên ổ trượt : (m/s). Lực hướng kính tác dụng lên ổ : Ta có Fr = Ft.tga. Với a là góc ăn khớp của bánh răng a =200. Và N. ị Ft =2000.tg 200 =728 N. Ta chọn ổ trượt là đồng thanh – thiếc có : [v] Ê 10 m/s. [p] = 15 Mpa. [p.v] = 15 Mpa.m/s. 5.4 Kiểm tra độ bền của ổ theo chế độ bôi trơn ma sát ướt. Chọn các thông số của ổ. d = 25 mm l/d = 0,8 ị l = 0,9.d = 20 mm. Độ hở tương đối : j = 0,8.10-3.v0,25 = 0,8.10-38,20,25 = 0,001354. Độ hở S = j.d =0,001354.25 =34 mm. Theo bảng P4. và P4.2 tập 2 tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí chọn kiểu lắp H9/e8 có sai lệch giới hạn của lỗ là + 0,052 và 0 , sai lệch giới hạn của trục là - 0,04 và - 0,073. ị Smin = 40 mm. ịSmax= 125 mm. ịStb = 82,5 mm. Vậy độ hở tương đối là: Chọn dầu bôi trơn là chất lỏng được bơm có độ nhớt m =23 ở 600c. 5.5 Kiểm nghiệm ổ. Kiểm nghiệm [p] và [pv]. (Mpa) p =0,728 Mpa < [p] =15 Mpa. p.v =0,728.8,2 =5,98 Mpa.m/s. p.v < [p.v] =15 Mpa.m/s. Vậy thoả mãn điều kiện [p] và [pv]. Kiểm nghiệm hệ số an toàn theo khả năng bôi trơn ma sát ướt. Chọn nhám bề mặt: RZ1 của trục bằng 3,2 mm. RZ2 của ổ bằng 6,3 mm. Hệ số tải của ổ : Với rad/s. Tra bảng (12.3 ) ta được CF = 0,264 với l/d = 0,8. ị tra được độ lệch tâm tương đối c = 0,45. Chiều dầy nhỏ nhất của màng dầu bôi trơn. hmin = 0,5.5(1- c ) = 0,5.5(1- 0,45) = 22,7 mm. Hệ số an toàn của dầu bôi trơn ma sát ướt là. . Vậy ổ thoả mãn về điều kiện của màng dầu bôi trơn. Kiểm nghiệm nhiệt : vớic =0,45 và l/d = 0,8 ta có : . ị Q = 0,065.0,0033.654,5.21.10-2.252.10-6 = 1,755.10-6 m3/s2. với c = 0,45 và l/d = 0,8 Ta có công thức tính chênh lệch nhiệt độ vào ra : Trong đó : C =1,9 KJ/Kg0.C g = 870 KJ/Kg/cm3 KT = 0,05KW/m2 0C Nhiệt độ trung bình của dầu t = tvào +Dt/2 = 40 + 13,21/2 = 46,6 0C t = 46,6 0C < [t] = 60 0C Như vậy nhiệt độ làm việc trong ổ đảm bảo được độ nhớt cững như điều kiện bôi trơn ma sát ướt của ổ trượt . 5.6 Chọn ống hút và ống đẩy. Với cửa hút vận tốc vào khoảng Vh = 1,5 á 2 m/s Vậy ta có Q =220 ( l/ph ) =3,7 (l/s) = 3,7.10-3 m3/s. Thay số vào ta được D = 0,0486 m D = 48,5 mm Ta chọn D = 50 mm Với cửa đẩy vận tốc đẩy. Vđẩy Ê 6 m/s Vậy chọn Dđẩy = 30 mm. 5.7 Tính vỏ bơm. ứng suất tác dụng lên vỏ bơm được tính theo công thức Trong đó: Pd =71 (at) áp suất đẩy Dv đường kính vòng ngoài của bơm Dc đường kính trong vỏ bơm Chọn vật liệu làm vỏ bơm là nhôm đúc có [s] Ê 400 kg/cm3. Dc = 68 mm =6,6 cm. Dv = 108 mm = 10,8 cm. Chọn độ dầy của vỏ bơm là: Vậy ứng suất tiếp: ịs < [s] =400 kg/cm2 Chọn độ dầy của vỏ bơm lớn hơn yêu cầu do vỏ bơm có các lỗ được gia công để lắp ghép với các chi tiết khác . 5.8 Các yêu cầu gia công. Vật liệu gia công bánh răng có thể dùng thép 45, 50 tôi và ram đạt độ cứng HRC = 52- 58(Mpa) hoặc dùng thép hợp kim 20X, 40XH nhiệt luyện thấm Cacbon và Nitơ đạt độ cứng HRC = 58- 64(Mpa). Nguyên công lăn răng được thực hiện khi nhiệt luyện, mài tinh được thực hiện sau khi nhiệt luyện. Gia công bánh răng cần lưu ý: Độ không đồng tâm của các đường kính đỉnh : Ê 0,02 Độ đảo của profil răng so với mặt đầu: Ê 0,05 Độ không song song của các mặt đầu: Ê 0,01 Độ không vuông góc của các mặt đầu với trục: Ê 0,01 Độ côn và độ ô van của các bánh răng : Ê 0,01 Độ bóng của bề mặt gia công : ẹ7- ẹ8 Gia công trục bằng thép 40X hoặc thép 45 được nhiệt luyện bề mặt đạt độ cứng HRC = 54- 56(Mpa), gia công cơ khí đảm bảo. Độ bóng: ẹ5- ẹ8 Độ ô van: Ê 0,005 Độ đảo mặt đầu: Ê 0,03 Vỏ bơm đúc bằng thép, gia công cơ sau đúc cần đảm bảo Dung sai của các tâm lỗ trục không lớn hơn: ± 0,01 Độ không song song của lỗ tâm trục : Ê 0,01 Độ không vuông góc của các mặt đầu với các lỗ trục: Ê 0,01 Bề mặt lỗ tiếp xúc với đỉnh răng không cho phép có độ lồi Độ bóng của bề mặt tạo khe hẹp kín : ẹ7- ẹ8 5.9 Các chi tiết khác. - Vít ghép lắp và thân bơm: M8 - Đệm làm kín hạn chế rò rỉ làm bằng vật liệu cao su - Đệm kín đầu trục: Dùng vòng làm kín Man- Jet Phần 3 Tính toán nhiệt buồng cháy động cơ Chương 6: Tính toán các thông số của buồng cháy động cơ 6.1 Giới thiệu chung. Buồng cháy là một module trong động cơ máy bay. Nhiệm vụ chính của buồng cháy là đốt cháy nhiên liệu và sinh ra năng lượng. Trong quá trình tính toán thiết kế, tính phức tạp của buồng cháy được thể hiện ở chỗ chọn vật liệu chế tạo, bố trí không gian và thiết kế làm mát buồng cháy. * Buồng cháy cần có các đặc điểm sau: + Đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu + Tổn thất áp suất tổng nhỏ + ổn định trong mọi điều kiện + Diện tích mặt cắt ngang nhỏ và chiều dài ngắn + Khí thải thoát ra mịn + Dải nhiệt độ, lưu lượng, áp suất lớn Phần trong buồng đốt được chia làm 2 phần: + Vùng sơ cấp: Vị trí này chứa nhiều nhiên liệu, đảm bảo một sự hoạt động ổn định, và có thể đốt cháy lại khi cần thiết. Vùng này nói chung có thể tách thành nhiều phần buồng đốt nhỏ, ở đây sự cháy rối xảy ra rất mạnh. Các phần này có thể được mô hình hóa dưới dạng " các buồng đốt đồng nhất". + Vùng pha loãng: Có vai trò làm cho sự cháy hoàn toàn, cho phép làm đồng đều nhiệt độ và hạ nó tới giá trị " Tt4" để không làm phá hủy tuabin. Vùng này có thể được mô hình hóa được dưới dạng một “buồng đốt dạng ống” nơi dòng có tính chất chảy tầng. 6.2 Lý thuyết quá trình cháy Quá trình cháy xảy ra với hỗn hợp nhiên liệu dưới dạng sương mù. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, ta có thể tính theo công thức sau: Vằ Pn .f (T).exp (-E/RT) Trong đó: n: số mũ, phụ thuộc vào số phần tử tham gia phản ứng f(T): hàm quan hệ giữa tốc độ phản ứng và năng lượng của các phần tử E: Năng lượng hoạt động của phần tử R: hằng số khí Quá trình cháy được giữ liên tục gọi là cháy ổn định. Sự ổn định của quá trình cháy có thể bị giảm nếu hỗn hợp không khí/ nhiên liệu là quá giàu hoặc quá nghèo (nhiều hay ít nhiên liệu). Hiệu quả của tốc độ phản ứng dòng khí cháy, thể tích cháy, áp suất cháy ở điều kiện sự cháy ổn định được biểu diễn trong tham số tải trọng buồng cháy CLP. CLP = m/[Pn.Vcombustion] Trong đó: n: số mũ được xác định bằng thực nghiệm Vcombustion: thể tích cháy 6.3 Tính toán và thiết kế. 6.3.1 giới thiệu sơ bộ. Một hệ thống buồng cháy trên động cơ turbin khí gồm 3 thành phần chính: + ống khuếch tán + Miệng vòi phun + Capo và các lớp lót (vỏ bên trong) Trong thiết kế buồng cháy cần chú ý đến yếu tố quan trọng là "vùng cháy". Nó phải được xác định rõ ràng vì có ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ của buồng cháy cũng như của tuabin. ống khuếch tán được thiết kế để giảm vận tốc dòng khí ra khỏi máy nén giảm tổn thất áp suất và làm cho lưu lượng dòng khí đồng đều. Vì vậy cần thiết kế phía trong ống là một mặt cong, trơn nhẵn. Dòng khí đi ra khỏi máy nén có sự thay đổi lớn về tính chất do đó các mặt cong trơn không thể làm cho nó đồng đều. Đây là bài toán khó trong việc sử dụng các ống khuếch tán ngắn trong hệ thống buồng cháy như hiện nay. Capo được thiết kế có hình dáng khí động, góc phân kỳ của ống khuếch tán ngày nay rộng hơn do đó giảm được chiều dài của ống khuếch tán. 6.3.2 Hiệu suất của quá trình cháy. Theo thiết kế, điều kiện nhiên liệu tổng và áp suất cao là khi cất cánh và khi bay bằng xấp xỉ 100%. 6.3.2.1 Hệ số tốc độ phản ứng. PT3 : áp suất trước buồng cháy (Psi) Aref : diện tích mặt cắt ngang buồng cháy (in2) H : chiều cao buồng cháy (in) TT3 : nhiệt độ vào buồng cháy (0R) m3 : Lưu lượng khí vào buồng cháy (lbs/s) 6.3.2.2 hàm hệ số tương đương khu vực. F : hệ số tương đương Dấu "+" khi F < 1,03 Dấu "- " khi F > 1,03 6.3.3 Tổn thất áp suất tổng. Trong quá trình tính toán tổn thất cần kể đến: + Tổn thất ở đầu vào ống khuếch tán + Tổn thất ở vòm cháy + Tổn thất lớp vỏ bên trong + Tổn thất áp suất tổng từ 2 á 5% + Tổn thất áp suất tổng được coi như điều kiện để đưa ra một vài thiết kế và nó cũng có một vài hiệu quả khí động cho buồng cháy. Tuy nhiên tổn thất áp suất tổng cũng ảnh hưởng tới lực đẩy động cơ và sự tiêu hao nhiêu liệu. * Sự đốt cháy: Quá trình đốt cháy hỗn hợp trong buồng cháy đòi hỏi phải được duy trì trong suốt quá trình hoạt động của động cơ. Trường nhiệt độ và áp suất trong quá trình cháy phải luôn ổn định và phải là sự đốt cháy điển hình. Quá trình đốt cháy phải được diễn ra với vận tốc dòng khí nhỏ hơn tốc độ lan truyền của ngọn lửa với nhiên liệu thường dùng (20 á 25 m/s). Sự đốt cháy sẽ xấu đi khi trường vận tốc của dòng khí hỗn hợp hoá hơi nghèo nhiên liệu hay nhiên liệu có khả năng bay hơi kém. * Sự hình t

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0436.DOC