LAB#4 (Лабораторные работы)

Работа №4 Исследование характеристики турбонасосного агрегата

Цель работы - исследование характеристики турбонасосного агрегата в широком диапазоне степени понижения давления, температуры перед турбиной и нагрузок.

Режимы, когда внешняя среда влияет на характер течения газа в проточной части, могут иметь место при выходе турбины на номинальный режим или при высоком давлении среды, куда направлен выхлоп из турбины. При этом нарушается изоэнтропический характер течения продуктов сгорания по соплу турбины, так как в сопло, начиная с определенного противодавления, входит скачок уплотнения и с увеличением противодавления продвигается далее, в глубь сопла. Это ведет к изменению параметров рабочего тела, поступающего на лопатки турбины, как по величине, так и по направлению, что вызывает резкое уменьшение эффективной мощности и к.п.д. турбины. Следствием этого является уменьшение энергии, которую турбина как двигатель передает насосам. Результат – уменьшение производительности, напора и к.п.д. насосов. При этом изменится режим работы двигателя.

Необходимо отметить, что такое влияние свойственно только турбонасосному агрегату, работающему в двигательной установке без дожигания. В двигательных установках с дожиганием противодавление влияет только на характеристики самой камеры сгорания.

Н а описываемом стенде можно получить следующие характеристики: зависимость к.п.д. ТНА, эффективной мощности и эффективного к.п.д. турбины от

степени понижения давления на турбине , от u/c₁ и др.

Ввиду того, что исследуемый объект – ТНА – представляет собой замкнутую в силовом отношении систему, выделение характеристик ТНА производится посредством сравнения их с характеристиками насосов.

Описание систем и агрегатов стенда ТНА

На рис. 21 представлена пневмогидросхема испытательного стенда с рабочим участком. Стенд составляют следующие системы и агрегаты:

1. Жидкостный генератор газа (ЖГГ).

2. Турбонасосный агрегат.

3. Система подачи горючего и окислителя в ЖГГ.

4. Система электропневматического управления агрегатами стенда.

5. Система измерений.

Рабочее тело турбины – продукты сгорания 96%-ного этилового спирта в воздухе. Описание конструкции ЖГГ, систем подачи компонентов в газогенератор и системы управления агрегатами стенда приведены в лабораторной работе №2 «Исследование характеристики турбины».

Испытываемый турбонасосный агрегат состоит из одноступенчатой активной сверхзвуковой парциальной газовой турбины 31 и двух центробежных насосов 32 и 33. Компонентом, на котором работают оба насоса, является вода. Она подается на вход насосов 32 и 33 из бака 50. Из насосов вода поступает обратно в тот же бак. В трубопроводе на линии нагнетателя установлены регулируемые дроссели 37 и 48, которые обеспечивают заданные расходы через насосы на номинальном режиме.

Выхлоп из турбины 31 производится в ресивер 43, заполненный водой. Заправка ресивера производится через вентиль 39. Уровень воды в ресивере показывает уровнемер 40. Необходимое давление окружающей среды на выходе из турбины обеспечивается при помощи вентиля 41, регулирующего расход газ из ресивера. Регулирующий дроссель 44 установлен на ресивере для того, чтобы в нем не было выше допустимого для корпуса турбины.

Н а рабочем участке испытательного стенда измеряются следующие параметры.

Д авление газа перед турбиной измеряется образцовым манометром 27 класс 0,35, установленным в газоводе, соединяющем ЖГГ с турбиной. Температура рабочего тела, поступающего в турбину , определяется с помощью термопары по милливольтметруМПБ-46 29. Расход продуктов сгорания через турбину G_т определяется по перепаду давления на дроссельной шайбе 30, установленной в газоводе пред турбиной. Перепад давления на шайбе с помощью датчика выводится на цифровой вольтметр ВК7-10А.

Массовый расход воды через насосы горючего и окислителя G_г и G_o определяется также по перепаду давления на дроссельных шайбах 36 и 49 соответственно с выводом показаний на цифровые вольтметры ВК7-10А. Давление горючего и окислителя на входе в насосы p_1г и p_1o определяются по манометрам 34 и 46, а давление на выходе p_2г и p_2o – по манометрам 38 и 47. Давление в ресивере, равное давлению на выходе из турбины p₂, показывает манометр 42.

Число оборотов вала ТНА n определяется с помощью магнитоэлектрического датчика 60, установленного в корпусе турбины. Датчик соединен с частотомером Ф-519, и число оборотов наблюдается непосредственно на шкале прибора.

Нагрев воды, проходящей через насосы t=t₂-t₁ , определяется с помощью дифференциальных многоспайных термопар 35 и 45, один спай которых установлен на входе в насос, а другой на выходе из насоса. Разность температур показывает милливольтмикроамперметр М198/3.

П орядок проведения эксперимента

П араметры рабочего тела – давление перед турбиной и температура - а также условия запуска задаются преподавателем перед запуском.

Давление и температура рабочего тела выдерживаются постоянными в течение пуска. Расход через насосы горючего и окислителя на номинальном режиме устанавливается предварительно – вентили 37 и 48 открыты на определенную величину и их положение во время опыта не изменяется. После выхода ТНА на заданный режим изменяется давление на выходе из турбины с помощью вентиля 41. Пределы регулирования давления на выходе – от 0 до 2 ати.

Все измеряемые параметры записываются по сигналу «Замер», который осуществляется включением сигнальных ламп на всех измерительных щитах.

Результаты измерений заносятся в табл. 1.

Таблица 1

Методика обработки данных эксперимента

1. Расход рабочего тела через турбину определяется по формуле

г/сек,

где k_ш=49,7 – коэффициент шайбы;

R=30 – газовая постоянная продуктов сгорания, кгм/кг град.

1. Расход воды через насосы горючего и окислителя определяется по тарировочным графикам

кг/сек,

1. Р асполагаемая адиабатная работа турбины определяется по формуле кгм/кг, где к=1,4 – показатель адиабаты.

2. Р асполагаемая мощность турбины определится по формуле л.с

3. Н апор насоса определится по формуле .

4. Действительная, полезная мощность рассчитывается по формуле л.с.

1. К .п.д. каждого насоса определяется разность температур на выходе и на входе в насос следующим образом (для воды):

2. П отребляемая каждым насосом мощность определится по формуле л.с.

3. Суммарная мощность, потребляемая насосами горючего и окислителя, подсчитывается по формуле N_пг+N_по=_пн л.с.

4. Эффективная мощность турбины определится из уравнения баланса мощности N_e=N_пг+N_по л.с.

5. По известным значениям N_e и N_o определяется эффективный к.п.д. турбины _e=N_e/N_o.

6. К .п.д. турбонасосного агрегата представляет собой отношение суммы полезных мощностей насосов к располагаемой мощности турбины: .

7. Д ля построения характеристик нужно определить величину адиабатной скорости на выходе из сопла .

8. Определяется окружная скорость на среднем диаметре турбины u=Dn/60 м/сек.

9. Определяем отношение скоростей u/c_ад.

По указанной методике обрабатываются все измеренные величины для каждого режима. Результаты обработки вносятся в табл. 2.

Отчет по работе