Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 74
Текст из файла (страница 74)
(1! .! О) 11. 8. РАБОТА ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ В РЕЖИМЕ ОТБОРА ВОЗДУХА Сжатый воздух обычно отбирается при постоянной частоте вращения ротора установки, которая поддерживается топливным регулятором, путем открывания заслонки (поз. 6 на рис. 11.26) в магистрали отбора, Рассмотрим случай, когда все режимы отбора соответствуют на характеристике компрессора участку 1 — 2 на ветвях а р — — 1 (см. рис. 11.27). Запишем уравнение равенства работ турбины и компрессора при отборе воздуха, вводя обозначение бо,а = бо,а/б,: 1.в = (1 — бо ~)(1 + д,) /, . (1 !.1 1) Работа центробежного компрессора при постоянной частоте вращения не меняется (/.к = сопз1).
Учитывая условия (!1.10), можно утверждать, что при Й,р — — сопз! и изменении режима отбора ввиду постоянства давления за компрессором не изменится и давление перед турбиной и, следовательно, величина и,'. Работа турбины в этом случае будет зависеть лишь от температуры газа перед турбиной /.г Т„ '= сопз1. Поэтому уравнение (11.11) можно переписать следующим образом, если пренебречь изменением величины д, при изменении режима отбора: Т, "= сопз1/(1 — б„а). (11.12) Из уравнения (! 1.12) видно, что увеличение отбора будет приводить к росту Т;.
Так как расход воздуха через компрессор равен расходу воздуха через турбину плюс расход отбираемого воздуха, то можем записать уравнение баланса расхода так: Р'„д(Д ) Р, Р„'ок ео(Д ) Р Отсюда при неизменных внешних условиях, считая ов е = = сопз! и д ()ье.а) = сонэ!, получим для и', = сопз1 д (Лв) рг Т; = сопз1/(1 — 6„,). (11.!3) Задавая значения б„о и решая совместно уравнения (!1.12) и (11.!3), можно получить зависимости температуры газа перед турбиной и д (!ь,), а следовательно, и расхода воздуха через компрессор, от количества отбираемого воздуха.
312 На рис. 11.28 показано изменение эквивалентной мощности отбора в зависимости от боев. На расчетном режиме величина б, равна 3 кгlс. Максимальная величина отбора лимитируется предельным значением температуры газа перед турбиной Т; Обычно на характеристики вспомогательных силовых установок с отбором воздуха наносят значения параметров отбираемого воздуха р,' и Т;, так как они характеризуют располагаемую энергию отбираемого воздуха. На рис. 11.28 эти параметры в силу условия (11.10) постоянны.
Если в процессе отбора рабочая точка на характеристике компрессора смещается на наклонный участок ветви й р —— сопз! (правее точки 2 на рис. 11.27), то величина и„" с увеличением бога снижается. В этом случае уравнения равенства работ турбины в компрессоре и баланса расхода несколько усложняются по сравнению с (11.12) и (!1.13) и вместо условия (11.10) при расчете должны использоваться реальные характеристики компрессора. Качественный характер изменения р„' в этом случае показан на рис.
11.29. На этом же рисунке показано, что при росте тем- ЛОША лВЛ пературы окружающего воздуха Т," давление отбираемого воздуха снижается, как это следует из постоянства работы компрессора при а = сопз!. В связи с указанным обстоятельством при выборе расчет- О,л ного режима вспомогательной 00 силовой установки необходимо 00 РЛ50. ла 00 е рх /дв) 5,",К 520 550 500 000 0 05 г)г Рат0 0ОЛО Рнс. 11.28. Изменение параметров вспомогательной силовой установки в зависимости от относнтельного колнчества отбнраемого воздуха (горнзонтальная ветвь характернстнкн компрессора) Рнс.
11.29. Измененне давления отбнраемого от вспомогательной силовой установки воздуха прн работе на наклонной ветви харахтернстнкн компрессора в зависимости от бега н Т„ 373 ориентироваться на получение отбнраемого воздуха с нужными параметрами при максимально возможной в эксплуатации температуре окружающего воздуха. 11.9. ФОРСИРОВАНИЕ ТВД И ДРУГИХ ГТД ВПРЫСКИВАНИЕМ ЖИДКОСТИ Впрыскивание жидкости (воды, водометаноловой смеси и др.) в поток воздуха или газа в газотурбинном двигателе с последующим ее испарением до турбины позволяет увеличить тягу двигателя, но ухудшает его экономичность и может быть использовано, главным образом, в условиях взлета. Оно может применяться для восстановления тяги (мощности) двигателя в жаркую погоду или при низких давлениях воздуха, а также для увеличения тяги (мощности) при нормальных атмосферных условиях с целью уменьшения взлетной дистанции при увеличении полезного груза самолета, Форсирование впрыскиванием жидкости ГТД, предназначенных для дозвуковых самолетов, можно осуществить двумя способами: подачей жидкости в камеру сгорания на некотором удалении от турбины двигателя и подачей жидкости в сечение, расположенное перед компрессором двигателя.
)Кидкость в камеру сгорания ГТД впрыскивают через форсунки, установленные на некотором удалении от турбины таким образом, что она попадает внутрь жаровых труб во вторичной зоне камеры сгорания. Испарение жидкости в камере сгорания в связи с увеличением расхода газа, проходящего через турбину, при неизменной температуре газа перед турбиной приводит к сдвигу рабочей точки на напорной линии характеристики компрессора в сторону больших значений я„', Это непосредственно следует из условия постоянства приведенного расхода газа через турбину О, Ч КТ,"!р„'= сопз1. Для реализации постоянной величины Т„'в ТРД и ТРДД необходимо уменьшать критическое сечение реактивного сопла Р„р.
При неизменной величине Р„р вследствие того, что расход газа через турбину на режимах работы с впрыскиванием жидкости превышает расход воздуха, идущего через компрессор, мощность турбины превышает мощность, потребляемую компрессором двигателя. Равенство этих мощностей достигается при условии снижения температуры газа перед турбиной. Поэтому перемещение рабочей точки в сторону больших и' при неизменной величине Р„р будет меньшим. В ТВД условие Т„'= сопз1 при впрыскивании жидкости в камеру сгорания достигается увеличением загрузки винта. 374 Количество жидкости, которое можно ввести в камеру сгорания, ограничивается располагаемым запасом устойчивой работы компрессора, Увеличение тяги ГТД, форсированных впрыскиванием воды в камеру сгорания, практически не зависит от температуры атмосферного воздуха.
Максимальный прирост тяги при этом способе форсирования ограничивается запасом устойчивой работы компрессора. 'Если в ТРД сохранить постоянную величину тяги вплоть до 1, = 30 ... 45 'С, то суммарный удельный расход топлива будет в 3 ... 5 раз превышать удельный расход топлива в двигателе при Г, = +15 С на нефорсированном режиме. При другом способе форсирования ГТД жидкость впрыскивают перед компрессором через форсунки, установленные на некотором удалении от входного направляющего аппарата компрессора.
При этом в зависимости от формы и размеров входного канала и расположения форсунок жидкость входит в компрессор либо в виде капель, либо в виде пленок, движущихся по поверхностям входного канала. Под действием центробежных сил в решетках рабочих колес жидкость отбрасывается на внутреннюю стенку корпуса компрессора, в результате чего болыпая часть жидкости в осевом компрессоре испаряется с поверхности пленки, движущейся по поверхности его проточной части, Для впрыска целесообразно применять обессоленную или дистиллированную воду во избежание осаждения солей на проточной части компрессора, что может снижать его КПД. Как показывают опыты, в условиях осевого компрессора ГТД испаряется от 30 до 50 % воды, впрыскиваемой перед компрессором.
Оставшаяся-часть воды испаряется в камере сгорания. Охлаждение воздуха в осевом компрессоре вследствие испарения воды приводит к увеличению расхода воздуха. При впрыскивании воды перед компрессором ГТД тяга (мощность) двигателя увеличивается по следующим причинам: а) увеличивается расход воздуха и расход газа из-за увеличения производительности компрессора и дополнительной массы водяного пара; б) увеличивается свободная энергия, как следствие увеличения н„ и газовой постоянной продуктов сгорания.
Более экономичным способом форсирования ГТД в условиях взлета является впрыскивание воды перед компрессором, что объясняется увеличением расхода воздуха на форсированных режимах при наличии запаса по производительности первых ступеней компрессора. При одном и том же увеличении тяги в случае впрыскивания воды перед компрессором потребные расходы воды значительно уменьшаются. Как и в предыдущем случае, при фиксированном относительном расходе воды наиболее заметно возрастает тяга (мощность) ТВД. 373 Форсирование впрыскиванием воды можно осуществить н в ТРДД. Прн этом вода должна подаваться либо в камеру сгорання, либо перед компрессором внутреннего контура двигателя, так как подача воды перед вентилятором будет неэффективной нз-за отбрасывания ее рабочими лопатками в наружный контур двигателя. Г Л А В А 12.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
