Турбина



в палитре	на схеме

Блок предназначен для моделирования турбины газотурбинного двигателя с учетом впрыска охлаждаемого воздуха. Учитывается выпуск воздуха во входной кромке соплового аппарата (до горла СА), в задней кромке соплового аппарата (за горлом СА), а также в рабочем колесе турбины.

Блок считывает:

давление и температуру при входе в турбину
давление при выходе из турбины
частоту вращения ротора
расходы впрыскиваемого воздуха

Блок вычисляет:

степень понижения давления в турбине
массовый расход продуктов сгорания при текущей степени расширения
температуры продуктов сгорания по тракту турбины
мощность турбины

Математическая модель

Физический расход через турбину (в горле соплового аппарата) определяется по следующей формуле:

где A_project — параметр расхода, получаемый из характеристики турбины, (кг/с*К^0.5/кПа); P^*_in — давление при входе в турбину, Па; T^*_in — температура при входе в турбину, К.

Мощность турбины определяется по разнице энтальпий:

где i^*_in — энтальпия воздуха при входе в турбину (в рабочее колесо), Дж/кг; i^*_out — энтальпия воздуха при выходе из турбины (с учетом выдува воздуха в сопловом аппарате), Дж/кг. Расчет энтальпий осуществляется по РТМ 1677-83 [3].

Характеристика турбины

В свойствах блока можно выбрать базовую характеристику турбины, либо загрузить свой файл. Пример базовой характеристики для расхода представлен на рисунке (Рисунок 1).

Пример базовой характеристики для КПД представлен на рисунке (Рисунок 2).

Рис. 2. Типовая характеристика КПД турбины.

При выборе значений "Загрузить из файла turb_g.dat" и "Загрузить из файла turb_kpd.dat" в свойствах "Базовая расходная характеристика турбины" и "Базовая характеристика КПД турбины" соответственно необходимо, чтобы в файлах "turb_g.dat" и "turb_kpd.dat" данные предоставлялись в следующем виде: первое значение (n_strok) — количество точек на характеристике при постоянной частоте; второе значение (n_stolb) — количество веток частот вращения. Далее идет перечисление относительных частот вращения (n_stolb штук). Затем следует перечисление степеней понижения давления (n_stolb штук) каждая точка соответствует характерной точке (для n_strok = 1). После перечисления степеней понижения давления аналогичным способом вводится параметр расхода (для файла "turb_g.dat") или КПД (для файла "turb_kpd.dat").

Структура файла с расшифровкой представлена ниже:

3,     // количество точек на характеристике при одной частоте вращения (n_strok)
2,     // количество веток частот вращения (n_stolb)
0.6,   // первая приведенная частота вращения
1,     // вторая приведенная частота вращения
1.1,   // степень понижения давления (при частоте вращения 0.6 и первая точка характеристики из n_strok)
1.11,  // степень понижения давления (при частоте вращения 1 и первая точка характеристики из n_strok)
2.1,   // степень понижения давления (при частоте вращения 0.6 и вторая точка характеристики из n_strok)
2.5,   // степень понижения давления (при частоте вращения 1 и вторая точка характеристики из n_strok)
3.1,   // степень понижения давления (при частоте вращения 0.6 и третья точка характеристики из n_strok)
3.9,   // степень понижения давления (при частоте вращения 1 и третья точка характеристики из n_strok)
10,    // параметр расхода (при частоте вращения 0.6 и при степени понижения давления 1.1)
15,    // параметр расхода (при частоте вращения 1 и при степени понижения давления 1.11)
18,    // параметр расхода (при частоте вращения 0.6 и при степени понижения давления 2.1)
24,    // параметр расхода (при частоте вращения 1 и при степени понижения давления 2.5)
27,    // параметр расхода (при частоте вращения 0.6 и при степени понижения давления 3.1)
33     // параметр расхода (при частоте вращения 1 и при степени понижения давления 3.9)

Входные порты


Имя	Описание	Тип линии связи
T_in	Порт для подключения блока Камера сгорания или блока Объём Т	ГТД – Газодинамическая
Rotor	Порт для подключения блока Ротор ГГ или блока Ротор СТ	Механика вращательная
In_air_cool	Порт подключения блока Отборы. Порт доступен при выборе "Да" в свойстве "Охлаждаемая турбина")	ГТД – Газодинамическая

Выходные порты


Имя	Описание	Тип линии связи
T_out	Порт для подключения блока Сопло или Объём Т	ГТД – Газодинамическая

Свойства


Название	Имя	Описание	По умолчанию	Тип данных
Охлаждаемая турбина	turbine_cool	Указание на наличие учета влияния системы охлаждения на характеристики турбины. Значение "Да" позволяет добавить порт для подключения блока Отборы, "Нет" — скрыть порт и проводить расчет без учета влияния системы охлаждения	Да	Двоичное
Базовая расходная характеристика турбины	haracteristika_g_t	Выбор базовой расходной характеристики турбины. Возможные значения свойства: "Постоянный параметр расхода" — задание постоянного значения параметра расхода турбины без "расслоения" по оборотам и без учета степени понижения давления "ТВД" — типовая характеристика турбины высокого давления "ТВД (1 ступень, обобщенная)" — типовая характеристика одноступенчатой турбины высокого давления "ТНД" — типовая характеристика турбины низкого давления "СТ" — типовая характеристика силовой турбины "ТВД (малоразмерная)" — типовая характеристика малоразмерной турбины высокого давления "Загрузить из файла turb_g.dat" — загрузка характеристики турбины из файла с названием "turb_g.dat", который необходимо размещать в одной директории с проектом	ТВД (1 ступень, обобщенная)	Перечисление
Базовая характеристика КПД турбины	haracteristika_kpd_t	Выбор базовой характеристики КПД турбины. Возможные значения свойства: "Постоянный параметр КПД" — задание постоянного значения КПД турбины без "расслоения" по оборотам и без учета степени понижения давления "ТВД" — типовая характеристика турбины высокого давления "ТВД (1 ступень, обобщенная)" — типовая характеристика одноступенчатой турбины высокого давления "ТНД" — типовая характеристика турбины низкого давления "СТ" — типовая характеристика силовой турбины "ТВД (малоразмерная)" — типовая характеристика малоразмерной турбины высокого давления "Загрузить из файла turb_kpd.dat" — загрузка характеристики турбины из файла с названием "turb_kpd.dat", который необходимо размещать в одной директории с проектом	ТВД (1 ступень, обобщенная)	Перечисление
Проектная степень понижения давления	pite_project	Расчетная степень понижения давления в турбине. Свойство используется для масштабирования базовых характеристик турбины	2.1	Вещественное
Проектный параметр расхода, (кг/с * (К)^0.5 / (кПа))	A_project	Расчетный параметр расхода турбины. Свойство используется для масштабирования базовой характеристики турбины	5.21	Вещественное
Проектный КПД	kpd_project	Расчетный КПД турбины. Свойство используется для масштабирования базовой характеристики турбины	0.85	Вещественное
Максимальная частота вращения, об/мин	n_max	Расчетная частота вращения турбины. Свойство необходимо для расчета характеристик турбины	10000	Вещественное
Потери полного давления из-за закрутки	p_zakr	Коэффициент потерь полного давления из-за остаточной закрутки в турбине	0.99	Вещественное
Масштабирование характеристик		Группа свойств, масштабирующих характеристики турбины
Коэффициент масштаба по параметру расхода	A_scale	Свойство, позволяющее масштабировать загруженную или выбранную базовую расходную характеристику турбины по параметру расхода	1	Вещественное
Коэффициент масштаба по КПД	kpd_scale	Свойство, позволяющее масштабировать загруженную или выбранную базовую характеристику КПД турбины по КПД	1	Вещественное
Коэффициент масштаба по степени понижения давления для характеристики расхода	pite_scale_A	Свойство, позволяющее масштабировать степень понижения давления на характеристике параметра расхода	1	Вещественное
Коэффициент масштаба по степени понижения давления для характеристики КПД	pite_scale_kpd	Свойство, позволяющее масштабировать степень понижения давления на характеристике параметра расхода	1	Вещественное
Коэффициент масштаба характеристики по n_прив для КПД	n_pr_scale_kpd	Свойство, позволяющее масштабировать приведенную частоту вращения на характеристике КПД	1	Вещественное
Коэффициент масштаба характеристики по n_прив для параметра расхода	n_pr_scale_A	Свойство, позволяющее масштабировать приведенную частоту вращения на характеристике параметра расхода	1	Вещественное

Параметры


Название	Имя	Описание	Тип данных
Давление при входе в турбину, кПа	P_turbine_in	Полное давление при входе в турбину	Вещественное
Давление при выходе из турбины, кПа	P_turbine_out	Полное давление при выходе из турбины	Вещественное
Температура при входе в турбину, К	T_turbine_in	Температура торможения при входе в турбину	Вещественное
Температура при выходе в турбину, К	T_turbine_out	Температура торможения при выходе из турбины	Вещественное
Физический расход при входе в турбину (перед горлом СА), кг/с	G	Физический расход продуктов сгорания при входе в турбину. Расход считается перед горлом соплового аппарата.	Вещественное
Степень понижения давления в турбине	Pite	Степень понижения полного давления в турбине	Вещественное
КПД турбины	eta_t	Коэффициент полезного действия турбины	Вещественное
Параметр расхода, (кг/с * (К)^0.5 / (кПа))	A_turb	Рассчитанный параметр расхода в турбине	Вещественное
Мощность турбины, кВт	N_turbine	Мощность создаваемая турбиной при заданных параметров	Вещественное
Частота вращения, об/мин	n	Частота вращения турбины	Вещественное

Примеры

Примеры использования блока:

Литература

Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Теория и проектирование газовой турбины. Учебное пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2020 г. — 230 с.
Добрянский Г.В., Мартьянова Т.С. Динамика авиационных ГТД. — М.: Машиностроение. — 1989 г. — 240 с.
Руководящий технический материал авиационной техники. РТМ 1677-83. Метод и подпрограмма расчета термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив.
Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок. — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2014 г. — 58 с.