Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Снижение ау й„р получено при и = сопя( за счет увеличения температуры на входе в двигатель до Т", = = 450 К (То/Т, "= 0,64). Как видно из рис. 4.8, при йпр — — 0,8 йгу наступило полное рассогласова' г ние работы первых и послед- них ступеней компрессора. При этом практически уже отсутствует' запас устойчивости компрессора. Поэтому необходимы специальные средства регулирования компрессора для расширения диапазона устойчивой работы по йпр. Применение двухкаскадных копрессор о в.
Двухкаскадный компрессор — это высоконапорный компрессор, разделенный на два последовательно работающих компрессора со степенью повышения давления каждого компрессора гс„"0 = 3 ... 5. В ТРД или газогенераторах ТРДД с двухкаскадным компрессором при переходе на пониженные й, может ме. няться отношение окружных скоростей (частот вращения) каскадов высокого и низкого давления иа я/и, д (и, и/л„н), называемое скольжением роторов. Если с ростом Т", (снижение й„р) увеличивать скольжение роторов, оставляя осевые скорости с, примерно такими же, как у однокаскадного компрессора, то благодаря относительному росту и,, и и снижению и „(см.
рис. 4.7, б) углы атаки на первых ступенях будут уменьшаться, а на последних — увеличиваться. Заметим, что описанное благоприятное изменение скольжения роторов в двухвальных ТРД и газогенераторах ТРДД происходит автоматически, что является их несомненным достоинством. На рис.
4.8 показано также изменение коэффициента у в двухкаскадном компрессоре при руТ0/Тт = 0,8. Отсюда видно, что по сравнению с однокаскадным компрессором у двухкаскадного коэффициенты у находятся ближе к их расчетному значению, а это обеспечивает ему больший диапазон устойчивой работы'по йпр и лучшие значения КПД на нерасчетных режимах. Регулирование компрессора поворотом н а п р а в л я ю щ и х а п п а р а т о в. Рассмотрим работу высоконапорного компрессора с регулируемыми направляющими аппаратами группы первых и последних ступеней. Чтобы на пониженных й„р увеличить пропускную способность последних 116 Рнс. 4.10, Характеристика компрессора с регулируемыми направляющими аппаратамн: — яерегуларуеммй компрессор (Π— РабочаЯ точка пРЯ ап — — 0,8); — — — регулароваяяе аа повыюеяяе прояаяодятелъаостя (а — рабочая точка прн я = 0,81; пр регулмраааяяе яа поаыюеняе ЬК (ив у ' рабочая точка прн И = 0,8) пр вр ар зг пм 4, 48 г)У Убеа) 117 Рис.
4тн Треугольники скоростей на первых (1 ст) и последних (2 ст) ступенях компрессора при поинткенных йпр. — — — аерегуляруемый комресеар; — компрессор с регулкруемммя ва правлающямя аппаратамн ступеней, необходимо увеличить на них углы атаки, т. е, повернуть лопатки направляющих аппаратов последних ступеней в сторону увеличения углов вектора абсолютной скорости а (положение в на рис. 4.9). Для уменьшения углов атаки на первых . ступенях компрессора нужно повернуть лопатки направляющих аппаратов в сторону уменьшения углов а (положение а на рис. 4.9).
Это позволит увеличить расход воздуха через компрессор. На ис. 4.10 показана характе- р ристика нерегулируемого вы- тл соконапорного компрессора и характеристики компрессора с регулируемыми направляющими аппаратами. йу При регулировании компрессора на увеличение про- г)б изводительности (см. рис. 4.10 — пунктирные кривые) запас устойчивости на пониженных йпр (й,р —— 0,8) практически не увеличивается, Рис.
4.11. Изменение относительного козффиниеита расхода в нерегулируемом компрессоре (О) н прн регули. ровании напранлянгщих аппаратов на увеличение запаса устойчивости (+) прн н р — 0,8 Рнс. 4.18. ХайактеРнстика компрессора с перепуском воздуха, построенная по Ов.пр без перепуска), но 4 ха. н.
нр ( —— с перепуском) и по ов.пр ( — . — с перепуском) (4.27) а, =а„+О„,р, Есле l г гугу с 1 со, 4У а может даже уменьшаться. Это связано с тем, что последние ступени из-за увеличения ра продолжают лимиргу тировать расход воздуха через компрессор. Ожидать некоторого увеличения запаса устойчивости в этом случае можно, если первые ступени на исходном режиме (положение 0 на рис. 4.10). работали на левых ветвях своих характеристик. Для гарантированного увеличения запасов устойчивости нужно значительно уменьшить углы а на первых ступенях (режим б на рис. 4.9). Производительность компрессора при этом уменьшается. Направляющие аппараты последних ступеней нужно повернуть на увеличение углов а (положение г на рис. 4.9), чтобы увеличить углы атаки и напорность этих ступеней. Это приведет к уменьшению расхода воздуха и увеличению КПД компрессора.
Соответствующая характеристика показана на рис. 4.10 штрихпунктнрной линией. Изменение углов атаки по ступеням компрессора можно и в этом случае характеризовать коэффициентом Р. На рис. 4.11 показано изменение относительного коэффициента расхода по ступеням на пониженных й„р (й р — — 0,8) у нерегулируемого компрессора и у компрессора с регулированием направляющих аппаратов на увеличение запаса устойчивости с некоторым понижением производительности. Такое регулирование, как видно Рис. 4.!2. Треугольники скоростей на первых (! гт) и последних(Е ст) ступенях компрессора при пониженных пп,.
— — — иерегулирусмыа иамирессор; — регулируемый псреиусиом воздуха 118 из рис. 4.11, позволяет 4 существенно увеличить Р на первых ступенях ком- 4 прессора и, как следствие, увеличить Лу( . Регулирование компрессора пер е п у с ком воздуха. Наиболее простым способом регулирования компрессора на пониженных й р является перепуск воздуха (выпуск воздуха) из средних ступеней компрессора. Открытие окон а перепуска приводит к уве- личению осевои скорости у ур с, и расхода воздуха на первых ступенях компрессора с соответствующим уменьшением углов атаки на них.
В последних ступенях осевые скорости снижаются, и растут углы атаки. На рис. 4.12 показаны треугольники скоростей на первых и последних ступенях компрессора при перепуске воздуха и без перепуска. Расход воздуха на входе в компрессор равен где б„— расход воздуха на выходе из компрессора; б,р— расход перепускаемого воздуха. Приведем расходы к сечению на входе в компрессор, умножив правую и левую части выражения (4.27) на комплекс )lТ,"~Торо7р,". Тогда выражение (4.27) примет вид: 0в. пр = 0в. к вр + 0а. пер.
пр. Пря закрытых окнах перепуска сув,р — — бк р. На рис. 4.13 показана характеристика компрессора с перепуском воздуха на пониженных й,р, причем ось абсцисс в одном случае рассматривается как шкала сгк,р, а в другом — как шкала б, „, р. Из рис. 4.13 видно, что при включении перепуска граница устойчивости компрессора сдвигается в сторону меньших значений бкир. , Расход воздуха Ок,р через входное сечение компрессора при 119 открытии окон перепуска возрастает (штрихпунктирные .линии на рис. 4.13), а через выходное — уменьшается (пунктирные линии на рис. 4.13). Потери в компрессоре с перепуском воздуха оцениваются эффективным КПД, который учитывает мощность, затраченную на сжатие перепускного воздуха: Чх.
зф = ыах хв/)ун. (4.28) Так как перепускаемый воздух не совершает полезной работы, то мощность на его сжатие считаетсЯ потеРЯнной, н т1„,аэ, как правило, ниже т1„без перепуска, несмотря на уменьшение профильных потерь в ступенях компрессора. Только иногда при очень низких значениях й„р открытие окон перепуска может привести к некоторому росту КПД компрессора. Поэтому пере- пуск воздуха обычно используют на режимах запуска, малого газа и других неосновных режимах работы при низких значениях й,р. 4.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ТУРБИН Обычно характеристики турбин задаются зависимостями КПД турбины и приведенного расхода газа от степени понижения полного давления в турбине и какого-либо кинематического параметра.
Сложившееся традиционное представление основывается на использовании параметра нагруженности турбины (4.29) лг йл йг др л,л л Рнс. 4.!б. Зависимость относительного параметра расхода Ат от степени понижения давления для двухступенчатой турбины 4п двухсту- хл йг г,р г,г Рис. 4.14. Характеристика пеичатой газовой турбины ГТД: Ч: = /( .*. (я/А~ ТЫ' Л, = /1л,', (ц/~' "гт;)). (4.34) В ряде случаев приведенную окружную скорость Л„заменяют пропорциональным ей параметром и/у' Т„' и вводят относительную приведенную частоту вращения (и/у'7„*) = (4,зз) Тогда характеристики турбины можно представить в виде, удобном для дальнейшего использования в математических моделях В выражении (4.29) и; — окружная скорость на среднем диаметре рабочего колеса 1-й ступени; г — число ступеней. Значение условной скорости определяется по изоэнтропической работе турбины с,' = 2 ргт„* 1 1/пт' " ° (4.30) (4.31) тф = /(у', Л„); А, =- / (и', Л„).
(4.32) 120 Пропускная способность турбины определяется параметром расхоДа А, = тггУ ттгт,"-/Р„" или относительным паРаметРом РасхоДа газа через турбину О„У"~„т„/р,* (О„У'к,т„*/рй),„' Используя понятие приведенной окружной скорости Л„характеристики турбины могу быть представлены в виде зависимостей На рис. 4.14 и 4.15 показана характеристика двухступенчатой турбины, соответствующая (4.34). Анализ расходной характеристики турбины (см. рис. 4.15) приводит к выводу, что практически на всех рабочих режимах по те,* относительный параметр расхода газа остается неизменным (А = 1), а из уравнений (4.11) и (4.31) следует, что в этом случае д (Л .,) = сопл(. Только при малых ' нерабочих значениях зт," начинается снижение А, при уменьшении тс,".
При работе турбины в системе двигателя параметр л1у' Т; обычно меняется в небольших пределах, ограниченных примерно 10 в4. Поэтому с некоторым приближением можно считать, что КПД турбины в рабочей области меняется незначительно (см. рис., 4.14) и можно принять его примерно постоянным (т)," = сопз1).
Это дает возможность с относительно небольшой погрешностью заменить действительную характеристику турбины приближенной д (Лс. а) = сопл(, ) Ъ = сопл(, (4.35) 121 (з~1е, еал Га 1а -еаазе е ~й ю 44 Е Г Е.Ь.. Рне. 4.16. Зависимость отноентельной степени понижения полного давлання газа в турбнне от отноентельной площади горла еоплового аппа.
рата прн его регулировании Рне. 4.17. Примерное изменение отноентельного КПД турбины по относительному приведенному расходу газа прн регулнрованнн турбины поворотом сопловых аппаратов 122 которую можно использовать при расчете характеристик двигателей по математической модели первого уровня. Регулирование турбины поворотом лоп а т о к с о п л о в ы х а п п а р а т о в. Стремление к оптимизации работы ГТД на всех режимах требует изменения характеристик турбины, что приводит к необходимости ее регулирования. Весьма эффективным является регулирование турбины поворотом лопаток сопловых аппаратов, хотя практически реализация этого способа регулирования связана с серьезными конструктивными трудностями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
