Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 72
Текст из файла (страница 72)
11.11 нанесена также кривая, в каждой точке которой в ТРД без регенерации тепла поддерживается оптимальное по экономичности значение об азом пап име в ТРП Рнс. 1!.10. Изображение цикла ТВД (турбевального ГТД) с регенерацией тепсп,'=8 применение регенера- ла ⻠— з-диаграмме ции тепла может дать преимущество в 0 д перед ТРД с п„=8 без регенерации тепла, работающим при Т„'.,к, только при ор,„> 0,7; при и„* = 12 — только при ор„> 0,76, а при и„" = 20 — ни при каких обстоятельствах, На рйс. 11.12 показана зависимость Р и от ор„, откуда видно, что при увеличении ор„, Рук в ТРД уменьшается.
В ТВД и турбовальном двигателе применение регенерации тепла более выгодно, чем в ТРД, в связи с тем, что повышение Т; Р00, дая. г/кг грг, гг/дарг ч 00 04 07 0» 0 Орег 00 ч", брег Рнс. !1.11. Изменение г,ц ТРД с регенерацией тепла в зависимости от величин и„' н о, (О= О,б км, У„= = 400 км/ч, Тг = 1400 К): — — — — т* = т", Рнс. !!.12. Изменение Р ТРД с регенерацией тепла в зависимости от величии и,', н о (»» = О,б км, = 400 км»ч, Тг = 1400 К) 361 Регенерация тепла в газотурбинном двигателе сопровождается уменьшением скорости истечения газа и падением полного давления воздуха и газа при прохождении их через теплообменник, а следовательно, уменьшением удельной мощности (тяги) двигателя.
Вместе с тем, использование тепла газов для подогрева воздуха приводит к снижению удельного расхода топлива."й» Из рассмотрения рис. 11.10 следует, что наибольшее количество тепла может быть передано от отработавших газов воздуху в том случае, когда разность температур (7," — Т;) достигает максимального значения. По этой причине можно предположить, что наиболее эффективным является применение регенерации тепла в ТРД.
В действительности, как это видно на рис. 11.10, такое предположение ошибочно. На рис. 11.11 показано изменение удельного расхода топлива ТРД с и„= 4 ... 20 и Тг' = 1400 К в зависимости от степени регенерации в полете при Н = 0,5 км, У = 400 км/ч. Из графиков следует, что если, Збо сз, «е/«В»г. « ()гх чгг Р дг 44 ()е' пуд 44 ()Р М 5ере Рнс.
1!.!3. Изменение величин удельных мощностей ТВД в завнснмостн ог величин н„' н о „ (Н = 11 нм, !'„ = = 720 нм(ч, Тг~ = 1400 К): — — — Ьэ. рд! й(в. рх Рнс. 11.14. Изменение удельного рас- хода топлива ТВД в зависимости от ве- личин д н и „(Н 11 нм, !' = 720 нм!ч, Тг = 1400 К): ( — д„" 8; г — я*=12; 3 — д„" = 20 362 в ТВД в отличие от ТРД приводит к снижению удельного расхода топлива, а регенерация тепла эффективна только при повышении Т;. С другой стороны, поскольку даля удельной мощности, создаваемой реактивной струей, в ТВД мала, то н отвод тепла от газа в теплообменнике слабо влияет на удельную мощность двигателя. На рис.
11.13 и 11.14 показано изменение У, „д, А(, д и с, в зависимости от степени регенерации ар„ и стейейи .«мяповышения давлейия воздуха »еее,(еарег «(7»'с(«е в компрессоре и„" при Т„' = рга = 1400 К в условиях полета при Н = 11 км и Ус=720 км/ч. Во всех случаях йотери полного давления в регенераторе принимались равными 10 %. Перепад давлений в реактивном 4(Р сопле был принят равным и,' = 1,1. Из графиков на рис. 11.14 видно, что применение регенерации тепла сопряжено со снижением А(,.
д и А(, например, при ор,„— — 0,7 ... 0,8 ЮЮ на 1 ... 4%, причем увеличение п„уменьшает эти потери. В рассматриваемых условиях, какэтовидно из рис.11.14, при а „= 0,7 ... 0,8 ТВД с регенерацией тепла с и„'=-8 ... 20 экономйчнее ТВД без регенерации тепла при том же и„" на 10 ... 30 %. Характерной является зависимость величины с, от степени регенерации: в области ар„( 0,4 ... 0,5 повышение п„' в диапазоне его изменения от 8 до 20 приводит к снижению с„а в области больших ор„, например, при ор„— — 0,7 ... 0,8 существует оптимальное по экономичности значение я„' = 8 ... 12, причем чем больше сгр,„, тем меньше я,',р,.
Естественно, что повышение Т„' повышает эффективность использования регенерации в ТВД. Таким образом, регенерация тепла в ТВД требует применения высоких Т; и относительно умеренных величин д„', Применение регенерации тепла в ТВД может быть оправдано только в том случае, если удается выполнить теплообменник и весь двигатель с приемлемым удельным весом. В настоящее время можно считать возможным применение в ТВД следующих трех основных типов теплообменников: 1) теплообменников трубчатого или пластинчатого типов, в которых осуществляется непосредственная передача тепла от газа к воздуху через стационарную поверхность; 2) двух теплообменников — одного за компрессором, другого — за турбиной, связанных между собой трубопроводами с промежуточным теплоносителем (жидким металлом); 3) вращающегося теплообменника.
Наиболее простым типом теплообменника следует признать первый, При о = 0,7 ... 0,8 масса ТВД, турбовального двигателя, по-видимому, будет на 40 ... 80% больше, чем масса ТВД без регенерации тепла. Необходимо также иметь в виду, что применение теплообменника приведет к увеличению поперечного габаритного размера двигателя, что, в свою очередь, явится причиной снижения эффективной тяги двигателя (на 2 ... 5%). Н.з. ДРОССЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВД И ТУРБОВАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ Дроссельными характеристиками ТВД и турбовальных двигателей называются зависимости его основных данных (А(„А(„се) от параметров, характеризующих изменение режима работы двигателя. В отличие от ТРД режим работы одновального ТВД определяется заданием двух параметров, например, частоты вращения и приведенного расхода топлива, если эти параметры не связаны между собой регулятором, что характерно для стендовых испытаний ТВД с гидротормозом, служащим для поглощения мощности на валу винта.
В этом случае характеристики и параметры ТВД представляют в виде зависимости от приведенного расхода топлива бе. р. Типичная дроссельная характеристика одновального ТВД показана на рис. 11,15. При условии постоянной приведенной частоты вращения уменьшение 6, пр 363 ллю,', г,лгал кал Рнс. 11.17.
Изменение аелнчнн с, прн различных слтг/твл7 ч способах драсселнронаннк ТВД хат газ таз сб чл ае г„,л ым хааа ага аюа юла гга лм гаа гга у(лаг зал а«"" лаа а л лага Рнс. 11.16. Дроссельные характеристики ТВД по расходу топлнаа Рнс. 11.16. Законы дросселнрозаннн ТВД: г — лпр - — — соаап г — т,', = сочи; 3 — ч ор =- таы Тт — — тат приводит к уменьшению Т, "и перемещению рабочей точки на напорной ветви характеристики компрессора в сторону меньших и„' (рис. 11.16, направление 1). В соответствии с уменьшением я„" снижается величина ят' и я,', и в зависимости от крутизны напорной ветви компрессора в большей или меньшей мере возрастает приведенный расход воздуха, СНИЖЕНИЕ бт пр ПрИВОдИт К УМЕНЬШЕНИЮ Л1„гт'„Ро И К уВЕ- личеиию с,. Уменьшение Л1„й1„Рс обусловлено снижением величины свободной энергии. Увеличение с, объясняется уменьшением Т„, а также уменьшением КПД элементов двигателя.
Достоинством такого способа дросселирования или разгона двигателя является его хорошая приемистость, так как изменение мощности двигателя совершается при постоянной частоте вращения ротора двигателя. Существенный его недостаток — весьма заметное снижение КПД компрессора и турбины при уменьшении сгт, Другим возможным предельным способом дросселирования ТВД такой схемы является уменьшение частоты его вращения при условии Т; = сопз1 (направление 2). В этом случае рабочая линия на характеристике компрессора быстро достигает границы устойчивой работы компрессора.
Так как при данном способе регулирования ТВД при заданной степени уменьшения Жа р требуется значительное изменение ста,пр, то практическое применение такого способа регулирования сопряжено с необходимостью регулирования компрессора для удаления границы помпажа от линии рабочих режимов, Возможен промежуточный способ дросселирования одновального ТВД путем одновременного снижения и р и Т„(направление 3). При таком способе дросселирования лийия рабочих режимов на характеристике компрессора может проходить вблизи 364 максимальных КПД компрессора при сохранении необходимых запасов по устойчивости компрессора. Недостаток этого способа регулирования ТВД— ухудшение приемистости двигателя в связи с необходимостью изменения частоты вращения ротора.
На рис. 11.17 показано изменение с, в зависимости от эквивалентной мощности для двух предельных способов регулирования ТВД: а) Тт = сопз1 (кривые 2) и б) апп — — сопз1 и Т„'= наг (кривые 1). При одинаковой степени дросселирования ТВД по )к'а способ дросселирования двигателя при а р —— = сопз1 оказывается более экономичным, чем способ дросселирования двигателя при 7'; = сопл( и п„р — — наг. Это объясняется тем, что для достижения одинаковой 'степени дросселирования по лге во втором случае требуется глубокое изменение сг,,,р и соответс иже ие я', Вибо еле- дзх йгг йга дг дгг дгг да 47 4г 4г йа ствующее ему н н, р ц сообразного способа регулирования ТВД при его дросселировании непосредственно связан также с характеристикой винта. Вопрос о влиянии характеристики винта на характеристику ТВД рассмотрен ниже.
Особенное протекание имеют дроссельные характеристики ТВД с регенерацией тепла (кривые 3 на рис. 11.17). При умень шенин эквивалентной мощности при Т; = сопз1 удельный рас. ход топлива ТВД с регенерацией тепла не возрастает, как в обычном ТВД, а остается примерно постоянным, достигая минимального значения при некоторой степени дросселирования. Этот весьма благоприятный характер изменения с, ТВД с регенерацией тепла объясняется тем, что в теплообменнике ТВД при уменьшении расхода воздуха и 7"„= сопз1 возрастает степень регенерации. Таким образом, преимущество ТВД с регенерацией тепла перед обычным ТВД в экономичности оказывается особенно сильным на дроссельных режимах, где выигрыш в с, при заданной степени дросселирования может достигать 30 ...
40 %. В отличие от ТВД одновальной схемы в ТВД со свободной турбиной (см. рис. 11.1, в) при изменении сг „пр параметры газогенеРатоРа (сг,, „р, Як", т(к) изменЯютсЯ однозначно по единственной ЛРР, так же как и у ТРД при условии яа = сопз1, так как сопловой аппарат свободной турбины имеет постоянное проходное сечение. Эта закономерность определяет величину Ьеа, а сле- 366 довательно, и характер изменения А!, и гв по б, „,. Сравнивая дроссельные характеристики двигателя такой схемы с характеристиками одновального ТВД, следует отметить, что они мало отличаются друг от друга, особенно если регулирование последнего проходит по направлению 3 рис. 11.16. Такие же выводы можно сделать и в отношении дроссельных характеристик ТВД двухвальной схемы (см.
рис. 11.1, б). 11.6. ВЫСОТНЫЕ И СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТВД И ТУРБОВАЛЬНЫ Х ДВИГАТЕЛЕЙ. ЗАКОНЫ ИХ РЕГУЛИРОВАНИЯ Расчет высотных и скоростных характеристик ТВД и турбовальных двигателей имеет ряд особенностей по сравнению с общими принципами расчета характеристик ТРД. Во-первых, вследствие того, что в ТВД и,' < и," „р, перепад давлений в турбине и," изменяется в весьма широких пределах, причем для определения гс, и и," при изменении скорости и высоты полета может быть использована зависимость, полученная в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
