123135 (717113), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Складено план експерименту, описана методика обробки результатів вимірів, виконана оцінка помилок вимірів. Показано, що використовувані засоби вимірів дозволяють досягти необхідної точності визначення шуканих величин.

У третьому розділі представлені виконані на експериментальній установці дослідження температурного стану дисків із пристроями двох типів, що використовують динамічний напір осьового потоку повітря, що відбирається на охолодження двигуна, для зменшення радіальної нерівномірності температурних полів дисків. Дослідження виконувалися при різних щільністях теплового потоку, витратах охолоджувача і кутової швидкості обертання ротора робочої ділянки і центрального вала.

Як показали результати експериментів, пристрої, що змінюють напрямок плину осьового потоку (рис. 3), є малоефективними, тому що динамічного напору повітря недостатньо, щоб повітря, що направляється повітророзподільниками в порожнину, вплинуло на зменшення нерівномірності розподілу температури по радіусу диска.

а б

в г

Установлено, що найбільш ефективно знижують перепад температур по радіусу диска пристрої, принцип дії яких заснований на ежекції з міждискової порожнини ротора гарячого шару, що формується на поверхні проставочних кілець і диска. Ежекторний пристрій утворює з центральним валом канал, що звужується (сопло), у якому швидкість осьового потоку охолоджуючого повітря зростає. Активний потік, що виходить із сопла, захоплюючи за собою частки навколишнього пасивного повітря, створює розрідження, за допомогою якого здійснюється ежектування розігрітого повітря з порожнини ротора. Схеми ежекторних пристроїв показані на рис. 4, 5.

а

Рис. 4. Схеми робочих дільниць з ежекторними пристроями:

а — з високими каналами; б — з каналами середньої висоти, закритими боковими стінками; в — з дефлекторами.

в

а

б в

Рис. 5. Варіанти конструкцій екранів з ежекторними каналами:

а — диск, екранований повністю; б — екрановано полотно диска, на периферії екрану є ряд отворів; в — екранована маточина і 2/3 полотна диска

Температурний стан дисків з дослідженими варіантами конструкцій показаний на рис. 6. Як видно з графіка, найменший перепад температури по радіусу диска має повністю екранований диск з ежекторними каналами, розташованими в кільцевому зазорі під маточиною диска.

Рис. 6. Температурний стан диску з ежекторними пристроями у стаціонарних умовах теплообміну:

1 — ежекторні пристрої з довгими трубками; 2 — ежекторні пристрої з трубками середньої довжини; 3 — повне екранування диску з ежекторними каналами; 4 — при наявності в екрані отворів; 5 — екранування маточини і 2/3 полотна диска; 6 — без пристроїв в порожнині ротору.

Установлено, що збільшення ступеня екранування дозволяє збільшити розігрів маточинної частини диска за рахунок більшого відводу тепла з периферії міждискової порожнини від проставочних кілець; при збільшенні швидкості осьового потоку охолоджуючого повітря збільшується відструмлення гарячого повітря за допомогою ежектування, що приводить до більшого розігріву маточини диска.

Результати експериментального дослідження впливу витрати осьового потоку охолоджуючого повітря на відносний перепад по радіусу диска показані на рис. 7. Як видно з графіка, відносний перепад температур по радіусу цілком екранованого диска змінюється пропорційно зміні витрати охолоджуючого повітря. Тут t*_мах , t _мах – температура полотнини на максимальному радіусі диска при відсутності і наявності ежекторних пристроїв у порожнині ротора, °С; t*_min , t _min – температура на мінімальному радіусі маточини диска при відсутності і наявності ежекторних пристроїв у порожнині ротора, °С.

Рис. 7. Відносний перепад температур по радіусу диска:

1-3 — повне екранування диска; 4-6 — при наявності в екрані отворів; 7-9 —ежекторні пристрої з довгими трубками; 10-12 — ежекторні пристрої з трубками середньої довжини; 13-15 – екранування маточини і 2/3 полотна диска; 16 — без пристроїв у порожнині ротора; 1, 4, 7, 10, 13 — витрату охолоджуючого повітря прийнято за 100%; 2, 5, 8, 11, 14 — витрату охолоджуючого повітря зменшено на 15%; 3, 6, 9, 12, 15 — витрату охолоджуючого повітря зменшено на 30%.

З метою перевірки працездатності ежекторних каналів в умовах роботи реального ГТД, були виконані візуальні дослідження. Робоча ділянка експериментальної установки являє собою прозорий канал квадратного перетину, що містить дві міждискові порожнини з осьовим плином охолоджувача (рис. 8). Як охолоджувач використовувалася дистильована вода, що дозволило одержати окружні й осьові числа Рейнольдса того ж порядку, що й у реальних двигунах. Робота ежекторного пристрою визначалася візуально по надходженню з каналу струменеві води, підфарбованій тушшю (рис. 9). Фотозйомка обертового ротора робочої ділянки велася при стробоскопичном висвітленні робочої ділянки імпульсними лампами.

Досвіди, у яких спостерігалася усталена робота ежектора, виконані при кутовій швидкості обертання = 73,7 с^-1 і температурі води 298 К. Аналіз на основі теорії гідродинамічної подоби показує, що окружне й осьове числа Рейнольдса для умов експерименту відповідають більш 1,810⁴ хв^-1 ротора реального двигуна при швидкості охолоджуючого повітря в каналі під маточиною диска 35,6 м/с.

Рис. 8. Робоча ділянка експериментальної установки для візуализації роботи ежекторного каналу:

1 — отвори для подачи води до робочої ділянки; 2 — канали для подачи туші; 3 — ежекторні канали;

4 — електронагрівач; 5 — оглядові вікна для спостереження у площині обертання.

Виконана оцінка дозволяє зробити висновок, що працездатність ежекторних пристроїв зберігається при частотах обертання і витратах охолоджуючого повітря сучасних і перспективних ГТД.

У четвертому розділі на основі виконаних експериментальних досліджень отримані залежності для розрахунку розподілу температур по радіусу неекранованих дисків і екранованих дисків з ежекторними каналами. Приведено формули для розрахунку температури охолоджуючого повітря з урахуванням підігріву при транспортуванні його через внутрішні порожнини ротора. Безрозмірна температура на середньому радіусі i-ої розрахункової ділянки змінюється по залежності

, (1)

де ; — температура i-ої розрахункової ділянки диска; — температура охолоджуючого повітря під маточиною диска, °С; t_max — температура газу в проточній частині, для осьового компресора визначається по ступені підвищення тиску повітря в даній ступені, °С; r — середній радіус розрахункової ділянки, м; — зовнішній радіус диска, м.

Величина показника степеня m для i-ої ділянки неекранованого диска визначається за формулою

, (2)

де , — коефіцієнт температурного розширення повітря, К^-1, ; коефіцієнт С і показники ступеня x, y визначені за досвідченими даними для кожної розрахункової ділянки диска.

Залежність (1) може бути представлена у вигляді

, (3)

Для екранованого диска з ежекторними пристроями показник ступеня у формулі (3) враховує вплив екранування і осьового потоку охолоджувача на розподіл температури уздовж радіусу

, (4)

де = — осьове число Рейнольдса; w – швидкість осьового потоку охолоджуючого повітря в кільцевому каналі, утвореному екраном з ежекторними каналами і центральним валом, м/с; — еквівалентний діаметр кільцевого каналу, м; — кінематична в'язкість повітря, м²/c; — ступінь екранування диска, — радіус міждискової порожнини, м; F_max — площа поверхні диска, м²; F — площа вільних від екранування ділянок диска, м²; R — радіус підведення повітря до охолоджуваної частини диска (у зазор між екраном і диском), м; F_max — площа поверхні диска, м²; C₁, а, b — коефіцієнт і показники ступеня, визначені на основі дослідних даних для кожної розрахункової ділянки диска.

Результати розрахунків за залежностями (2), (3) зіставлені з наявним в літературі результатами термометріровання і чисельного моделювання температурних полів дисків компресора високого тиску реального авіадвигуна. Характер розподілу температур по радіусу дисків співпадає, при цьому розбіжність значень температур не перевищує 2%.

Одержані залежності, що враховують ступінь екранування диска і швидкість ежектуючого повітря, дозволяють на стадії проектування вибрати параметри, що забезпечують прийнятний за умовами міцності розподіл температури по радіусу диска.

У п'ятому розділі виконані розрахунки температурних напружень у неекранованих і екранованих дисках з ежекторними каналами. Обґрунтовано можливість використання ежекторних пристроїв для поліпшення міцнісних характеристик дисків. На рис.10 показані температурні напруги, розраховані для отриманого за результатами експерименту температурного стану диску з ежекторними пристроями.

а б

у_r , МПа

у , МПа

Рис.10. Температурні напруження:

а — радіальні; б — тангенціальні;

— диск і проставочні кільця екрановані повністю;

— диск без екрана і ежекторних каналів; — екранована маточина і полотно диску, на периферії екрану наявний ряд отворів;

— екранована маточина і 2/3 полотна диску.

Спостерігається істотне зниження радіальних температурних напружень у зоні переходу від полотнини до конічної частини маточини для екранованих дисків (рис.10, а), що пояснюється інтенсивним розігрівом маточини в порівнянні з неекранованим диском. Екранування забезпечує істотне зниження тангенціальних напружень у циліндричній частині маточини в порівнянні з неекранованим диском, на мінімальному радіусі тангенціальні напруги в екранованому диску знижені в 2,5 рази (рис.10,б). Незначне перевищення тангенціальних напружень на периферії екранованого диска пояснюється більш інтенсивним охолодженням периферії у випадку екранування.

Характеристики

Список файлов реферата