Тема 8 Теория ступени осевого компрессора (Кн1 стр28)

Уравнение сохранения энергии для выходного устройства

Уравнение сохранения энергии для турбины

(сеч-я 3—3 и 4—4, рис 1.6).

В турбине газ, расширяясь, совершает работу, поэтому L = – L_т. Кроме того, если лопатки и диск турбины охлажд-ся, то процесс происх-т с отводом тепла (отводом тепла ч-з горячий корпус пренебрегают).

При отсутствии теплообмена Q_вн = 0 можно написать

ί*₃ – L_т = ί₄ или L_т= ί*₃ – ί*₄ = с_р (Т^*₃ – Т^*₄),

Уравнение показ-т, что работа турбины получается за счет падения энтальпии заторможенного потока.

(сеч 4—4 и 5—5,рис1.6).

Здесь внешняя раб отсутсвует, L = 0. Но подвод и отвод тепла может быть, например, если в целях форсир-ния дв-ля сжиг-ся дополн-ная топл в форсажном камере. При отсут-ствии теплообмена ί*₅ = ί*₄, т.е также, как и во входном устройстве, полная энталпия

остается постоянной.

В заключение отметим, что уравнение сохранения энергии чаще всего исп-ет для опред-ния темпе-ры в-ха (газа) в различных сеч-ях дв-ля.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И НАЗНАЧЕНИЕ КОМПРЕССОРА.

В ГА на с-тах и верт-ах в кач-тве СУ исполь-ся след-щие типы ГТД: ТРД, ТВД, ДТРД и турбовальные ТВлД.

ТРД устан-ют на дозв-вых и на сверхзв-вых с-тах. В ГТД прим-ют многоступенчатые высоконапорные осевые компр-ры, кот-ые обладают узким диапозоном устойчивой работы. Для расшир-ия диапозон раб ТРД имеют КПВ из компр-ра в атмос-ру, поворотные лопатки напр-ющих и спрямл-х аппаратов или выполн-ся по двухроторной схеме. ТРД в ГА вып–ны по одновальной схемы.

ТВД устан-ют на дозв-вых с-тах и верт-тах и вып-ют по одновальной схеме с общей турбиной для привода компр-ра и В/в или по двухвальной схеме с раздельными турбинами для привода компр-ра и В/в.

ТВД экономичен, чем ТРД на ск-стях пол до 700—800 км/час и обесп-ет лучшие взл/пос

качества. Но наличие ред-ра, В/в, сложной системы автом-го регул-ния делают его изгот-ние и доводку более сложнымии дорогими по сравнению с ТРД.

В авиа-ных ГТД широкое применение получили неск-ко типов компр-ров: осевые (р2.1),

В кот-ых движ-ние потока в среднем происх-ит параллельно оси; ц-бежные (р2.2), в кот-ых поток развар-ется и движется в ридиальном напр-нии; осецентрабежные (р2.3), состоящие из комбинации осевого и ц-бежного: диагональные (р 2.4), в кот-х дв-ние по-токав среднем происх-т по диагонали.

КОМПРЕССОР всех типов предназначен для перемешения определ-го колич-во газа из области низкого в область выс-го давл-я.

Основным техн-ким характ-ками явл-ся:

1. Степень повыш-ия давл-я П_к = Р_к /Р_вх (отнош Р_вх за компр-ром к Р_к п-д копр-ром)

2. Производит-сть (секундный расх в-ха), отнесенный к площади вх в компрессор.

3. К.П.Д.

В компр-рах соврем-ных ГТД П_к ==25—30 и более. Высокий степени повыш-я давл-я применяют для улучш-ия эконом-сти дв-ля.

Дело в том, что в ГТД около 70% тепла, введенного с топливом в дв-ль, теряет с уходящими газами. Эти потери обусловлены вторым законом термодинамики (в дв-ль вх-т хол-ый в-х, вых-т гор-ий).

При увел-нии степени повыш-я давл-я в компр-ре соответ-но увел-ся и степнь пониж-ия давл-я на тракте расш-ия газа в дв-ль (во ск-ко раз в-х сжим-ся — во во столько же раз газы расшир-ся). А чем больше степень пониж-ия давл-я, тем ниже (при заданной температуре газа п-д турбиной) Т_вых газов и тем меньше потери тепла выходящими газами.

С увел-нием степени повыш-ия давл-я в-ха степень полезного использ-ия введ-го в дв-ль тепла увел-ся.

Из всех компр-ров требов-ям удовл-ют осевые компрессоры, у кот-х при заданном расходе габариты и вес меньше, КПД намного выше, чем у др-х компр-ров.

Центробежные и диагональные компр-ры простые и компактные получили применение во ВСУ-ах, в приводах энергоузлов с-тов, в холодильных агр-тов, в турбостартерах для запуска осн-ых дв-лей.

Таким образом, процесс сж-ия в-ха в многоступенчатом компр-ре сост-т из ряда послед-но протек-щих процессов сж-я в отдельных ступенях, поэтому для уяснения принципа рассмотрим работу одной ступени.

Тема 9 Схема и принцип работы ступени осевого компрессора (Кн1стр30).

Ступень осевого компр-ра сост-т из вращающ-ся рабочего колеса (РК) и неподв-го направл-го аппарата (НА). Рассечем ступень компр-ра цилин-кой поверхн-тью а—б, ось кот-ой совпадает с осью вращения колеса, а затем развернем это цилин-кое сечение на плоскость (р 2.6). На рис.2.5 и 2.6 приняты след-шие обозн-ния:

сеч-е 1—1 на вх в РК;

сеч-е 2—2 на вых из РК (и на вх в НА);

сеч-е 3—3 на вых из НА.

Рассмотрим течение в-ха ч-з решетки, образован6ные лопатками РК и НА.

Разберем случай, когда в-х п-д РК в своем абсолютном движ-ии имеет осевое напр-ние. Величина и напр-ние этой ск-сти опред-тся вектором с₁.

Пусть РК вращ-ся с окружной ск-стью u. Для нахожд-ния вектора ск-сти w ₁ отн-но рабочих лопаток исп-зуем известное правила теор-кой мех-ки о том, что абс-ная ск-сть с₁ равна сумме переносной (окружной) ск-сти u и относ-ной ск-сти w ₁, т.е.

с_{1 =} u + w ₁

Треугольник, образованный из векторов с₁, u, w ₁, наз-ся треугольником ск-стей на вх в РК. Во избежание срыва потока передние кромки раб-х лопаток необх-мо ориентировать по направлению вектора относ-ной ск-сти w ₁. Что же касается задних кромок, то их можно направить так, чтобы поперечное сеч-е на вых из канала f_2к, образованного между соседними лопатками, было больше, чем сеч-е на вых f_1к. Это объясняется след-щим: для сж-я в-ха на валу колеса ступени затрач-ся работа, чтобы увел-ть Р_в-ха от знач-ия р₁ до р₂,

а можно реализовать, если канал между двумя лопатками (дозв-го потока) сделать расширяющийся. При этом относ-ная ск-сть w ₂ на вых из канала будет меньше, чем w ₁

на вх.

Иначе говоря, каналы между соседними лопатками должны быть диффузорными. Чем больше степень диффузорности канала, тем больше степень повыш-ия давл-я рабочих лопатках.

Однако увел-ние степени диффузорности канала (увел-ние угла β₂) может привести к срыву потока со «спинок» рабочих лопаток. На практике макс-ная степень диффузорности и макс-ная степень поворота потока (Δβ = β2–β1) выбир-ся из усл-я отсутсвия срыва.

Ск-сть в-ха за РК с₂ опред-ся как векторная сумма относ-ной ск-сти w ₂ и окружной ск-сти u (смотри 2,6), т.е.

С_{2 =} w ₂ + u

Ск-сть С₂ по величине больше, чем с₁ потому что она отклонена от осевого напр-ния в (от напр-ния с₁) в сторону вращения к-са.

Задача НА закл-ся в том, чтобы направлять поток до первоначального направления. Для вып-ния этой функции задние кромки направляющих лопаток необх-мо направить так,чтобы ск-сть на вых из аппарата была параллельна или почти параллельна ск-сти с₁.

Передние кромки во избежание срыва потока необх ориентировать по напр-нию ск-сти с₂.

Примерный хар-тер измен-ия параметров потокавдоль оси ступени показан на рис 2.5.

Видно, что в рабочих лопатках относ- ная ск-сть умен-ся (w), а давл-я и абс-ная ск-сть (с)

увел-ся. Одновременное увел-ние С₂ и р₂ объясняется тем, что РК сообщается внешняя работа. В НА внешняя работа не сообщается, поэтому здесь падение ск-сти приводит к увел-нию давл-ия.

Температура потока вследствие сж-я в-ха растет и в РК, и в НА.

Темп-ра и давл-е заторможенного потока в рабочих лопатках из-за подвода внешней ра-боты растут. В НА темп-ра заторможенного потока сохр-ся пост-ной, а давл-ие из-за гид-рав-ких потерь неск-ко падает.

Треугольники ск-стей на вх в РК и на вых из него (р 2.6) обычно совмешают на одном чертеже (так, чтобы вершины совпали) и наз-ют треугольниками ск-стей ступени комп-ра.

Из-за изменения осевых ск-стей (увел или постоян), плотность в-ха по ходу дв-ния увел-ся, и поэтому потребное проходное сечение умен-ся, то в концов пол-ются кор-кие лопат-ки,в кот-х возникают повыш-ные гидропотери. Из условии устойчивой работы КС тоже требует умен-ния ск-сти потока. Этими двумя причинами объясняется умен-ния осевой ск-сти в пределах ступени и,следовательно от ступени к ступени. Цель закрутки закл-ся в том, чтобы сохр-ить вел-ну относ-ной ск-сти w ₁ но умен-ть или увел-ть вел-ну окруж-ной ск-сти. Из рис2.8,если с₁ направить против вращ-ия к-са (с_1и < 0), приведет к умен-нию окружной ск-сти и наоборот, если с₁ направить в сторону вращ-ия к-са (с_1u > 0),-- к увел-нию (см. Рис 2.8,в). Закрутка по вращ-ию к-са приводит к значит-ному увел-нию окр-ной ск-сти(u) и напорности ступени.

Дата добавления: 2014-11-18