Динамические процессы в ЖРД (1049221), страница 23
Текст из файла (страница 23)
26).Известно, что в первом приближении мощность, развиваемаятурбиной, равна:(3.8)где180G 3 —секундный массовый расход средства генерации (рабочего тела турбины);А, В — параметры, зависящие от конструкции турбины.Их можно подсчитать, но точнее их определить по результатамобработки опытных данных. Следует иметь в виду, что они зависятот со и G3. Каждая кривая, представленная на фиг.
26, соответствует определенному расходу средства генерации G3. Располагаяграфиками Мн(ы) и Л^ т (со), строим график баланса мощностейТНА, для чего совмещаем оба графика на одном листе (фиг. 27).Если задан расход средства генерации, то по соответствующей точке пересечения кривых Л^н(со) и Af T (co) находим параметры установившегося режима.4. ГенераторВ современных двигателях применяют самые различные типыгазогенераторов.
Если генератор питается двумя компонентамитоплива, то графический расчет его аналогичен расчету основнойкамеры. Генератор, использующий третий компонент (например,перекись водорода), рассчитывается несколько проще. Характеррасчета остается примерно одинаковым независимо от того, будетли перекись водорода (или другое унитарное топливо) подаватьсяпод давлением сжатого газа или насосом.
Рассмотрим расчет генератора с баллонной подачей третьего компонента (фиг. 28).Отложим на графике давление в баке генератора рез- Если из значения давления рез вычесть величину гидравлических потерь Др3,то для любого заданного расхода средства генерации легко найтидавление в реакторе рр.Можно решить и обратную задачу. По уравнению(3.9)на графике проводим прямую, поскольку при относительно низкихтемпературах разложения третьего компонента(3.10)Параметры, входящие в формулу (3.10), определяют расчетом.Сумма 2fKp.T определяется как сумма площадей критических сечений сопел турбины. Точка пересечения линий, показанныхна фиг. 28, определит рабочие параметры генератора.5.
Предварительная оценка устойчивости процессов,протекающих в камере сгоранияПусть точка а (фиг. 29) определяет параметры установившегося режима. Рассмотрим окрестность этой точки и оценим статическую устойчивость системы. Допустим, что в какой-то момент времени под действием тех или иных факторов в камеру сгоранияпоступило некоторое избыточное количество топлива. В результате181сгорания этой порции топлива произойдет повышение давленияв камере и, как следствие этого — уменьшение притока топливав камеру. Однако при повышенном давлении в камере расход газаиз камеры будет больше расчетного.
Таким образом, при повышении давления в камере вследствие сгорания дополнительной порции топлива произойдет одновременно и уменьшение притокатоплива, и увеличение расхода газа. Это будет способствоватьуменьшению давления в камере до расчетного значения. Такимобразом, точка а является устойчивой, ибо в ее окрестности происходит самовыравнивание. К совершенно аналогичным выводаммы придем, если проследим процесс, вызванный не увеличением,а уменьшением притока топлива в камеру.Фиг. 25. Зависимость мощности насосов от окружной скорости вращения вала турбонасосного агрегата.Фиг. 27.
Баланс мощностей турбонасосного агрегата.182Фиг. 26. Зависимость мощности,развиваемой турбиной, от расходасредства генерации и окружнойскорости вращения вала турбонасосного агрегата.Фиг. 28. График для расчетагенератора.Фиг. 29. Графическая оценка устойчивости работы камеры сгорания.Рассмотрим теперь тот же процесс, но с учетом массовых сили сил трения, действующих в системе.
Пусть под действием возмущения давление в камере увеличилось на величину Л] (см. фиг. 29).В результате такого увеличения произойдет, как уже отмечалось,уменьшение притока топлива в камеру и увеличение расхода газаиз сопла, а вследствие этого —• уменьшение давления в камере.При изменении давления в камере меняются как скорость топлива,поступающего в камеру, так и скорость газа, истекающего из камеры. В силу инерции движущихся жидкостей и газа величинадавления в камере к некоторому моменту времени окажется меньше номинальной на величину А2.Если бы в системе отсутствовали силы трения, то амплитудыколебаний давления А\, А2, Л3 и т.
д. были бы равны между собойи наблюдались бы колебания давления, протекающие с постояннойамплитудой. Благодаря действию сил трения, возникших в потокахи между жидкостями и стенками элементов коммуникаций, величина амплитуды каждой последующей полуволны будет меньшепредыдущей; в системе имеют место затухающие колебания. Итак,если система «камера — гидравлическая цепь» получит возмущение, в результате которого давление в камере отклонится от своегономинального значения, то в окрестности точки а возникнут зату183хающие колебания. Следует иметь в виду, что такая оценка устойчивости характера движения системы является ориентировочной,предварительной, ибо она была произведена без учета периодазапаздывания и других факторов.6.
Устойчивость турбонасосного агрегатаЕсли выбросить из рассмотрения аномальные случаи, то система«камера — гидравлические цепи» (точка а на фиг. 29) всегдаустойчива. Неустойчивая работа этой системы возможна толькопри весьма значительных отклонениях отношения К. от его номинального значения.Фиг. 30. Баланс мощностей турбонасосного агрегата.Несколько сложнее обстоит дело с турбонасосным агрегатом,который, в зависимости от характеристик, может быть как устойчив, так и неустойчив, т.
е. может обладать или не обладатьсвойством самовыравнивания. Отметим, однако, что в подавляющем большинстве случаев система «турбина — насосы» являетсяустойчивой и исследование сводится к определению степени устойчивости.Рассмотрим баланс мощностей турбонасосного агрегата, турбинакоторого питается генератором с баллонной подачей третьего компонента — перекиси водорода. При установившемся режиме параметры ТНА определяются точкой пересечения а (фиг.
30). Допустим, что в силу тех или иных возмущений обороты вала турбонасосного агрегата увеличились от значения п\ до п2 (см.фиг. 30,6). При этом мощность, потребляемая насосами, окажетсябольше мощности, развиваемой турбиной. Поскольку мощность потребляемая насосами, больше той мощности, которая подводитсяк ним, то окружная скорость вращения вала турбонасосного агрегата уменьшается до номинального значения. Следовательно,агрегат устойчив.184Математически условия устойчивости турбонасосного агрегатав окрестности точки а можно записать так:(3.11>где Ns, NT.
— мощности насоса и турбины, соответственно, подсчитанные по параметрам точки а;если(3.12)то система неустойчива. В самом деле, воздействуем на системутак, чтобы расчетные обороты п\ увеличились до п2; при этом приоборотах я2 мощность, развиваемая турбиной, больше мощности,потребляемой насосами (см. фиг.
30, а). Наличие избытка мощности приведет к дальнейшему увеличению числа оборотов валатурбонасосной установки. Если в результате нашего воздействиячисло оборотов будет уменьшено по сравнению -с расчетным,, то вследствие превышения мощности, потребляемой насосами,произойдет дальнейшее;уменьшение числа оборотов вала ТНА.Таким образом, рассмотренная система является неустойчивой.Выражения (3.11) и (3.12) написаны в частных производных потому, что мощности агрегатов ТНА зависят не только от числаоборотов, но и от многих других факторов.Сравним устойчивость двух турбонасосных агрегатов.
Пустьтурбина первого ТНА питается парогазом, получаемым в генераторе с баллонной подачей перекиси водорода, а турбина второгоТНА —• парогазом, получаемым в генераторе с насосной подачейперекиси водорода. Баланс мощностей представлен на фиг. 31.При баллонной подаче перекиси линия /—1 представляет собойзависимость мощности, потребляемой насосами, от числа оборотов,а линии, отмеченные цифрами 3 — характеристики турбины. Каждая линия соответствует определенному расходу средства генерации. Если характеристика турбины представлена линией 3—IV,то устойчивость ТНА определится углом а.
Рассмотрим теперьнасосную подачу перекиси. Мощность, потребляемая насосами,будет больше, чем в предыдущем случае, за счет мощности, потребляемой третьим дополнительным насосом.Теперь вместо линии /—1 зависимость мощности, потребляемойтремя насосами, от числа оборотов вала установки будет представлена линией 2—2. Специальным расчетом генератора можно установить зависимость между числом оборотов насоса, подающегоперекись, и расходом перекиси. Допустим, что при этом зависимостьмощности турбины от числа об'оротов будет представлена линией4—4; тогда устойчивость ТНА определится углом fS.
Наклон линии 4—4 можно изменить, если гидравлическую цепь генератораснабдить регулятором, выполненным, например, в виде дроссель-185ной заслонки, приводимой в действие центробежным регулятором..Линия 5—5 представляет собой зависимость мощности турбиныот числа оборотов при насосной подаче в случае действия регулятора.Возьмем точку а, соответствующую работе без регулятора. Еслипроизвести дросселирование гидравлической цепи генератора путем поворота дросселя на некоторый угол, то расход перекисиводорода уменьшится; вместо точки а мощность турбины опреде-Фиг.
31. Характеристики двух турбонасосных агрегатов.Фиг. 32. Изменение характеристик турбонасосного агрегатав неустановившемся режиме.-лится точкой б. При больших оборотах без регулятора мощностьтурбины определится точкой а'; вследствие еще большего поворотадросселя вместо точки а' мощность турбины определится точкой б'.Таким образом, угол (3 может быть увеличен до значения у, чтосоответствует повышению устойчивости установки.Рассмотрим теперь вопрос об устойчивости турбонасосногоагрегата с учетом массовых (инерционных) сил и сил трения(фиг.
32). Под действием внешних факторов система выходитиз состояния равновесия и расчетные обороты увеличиваютсяна величину начальной амплитуды А\. Здесь NH— -А/т есть величина положительная; число оборотов вала ТНА уменьшается..Поскольку рабочие колеса турбины и насосов обладают инерцией,обороты вала уменьшаются до величины, которая меньше расчетных значений оборотов.186Под действием сил трения (трение жидкостей и пара в проточной части, трение о диск в корпусе; трение механическое в уплотняющих устройствах и др.) происходит уменьшение амплитудыдо величины Л2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
