Схемы ТВаД, основные обозначения и сокращения

Основные условия и допущения

1. Расчетным режимом работы двигателя является максимальный режим

в условиях висения вертолёта на расчетной высоте (высоте висения).

2. Гидравлические потери в воздухозаборнике двигателя (определяемые, в основном, установкой в нём пылезащитного устройства) учитываются введением в расчет коэффициента восстановления полного давления в воздухозаборнике σ_вх, который принимается независящим от режима работы двигателя.

3. Поскольку максимальные скорости полёта вертолётов невелики, принимаетсяр*_Н= р_НиТ*_Н= Т_Н.

Так как свободная турбинаработает (на различных режимах работы двигателя) в широком диапазонеπ_т, то параметры турбины газогенератора определяются с учетом возможного изменения параметра G_zсвободной турбины.

5. Частота вращения свободной турбины на всех рассматриваемых режимах работы двигателя принимается неизменной, а изменение её КПД приизменении режима работы определяется по её типовой характеристике.

Схемы вертолётных ГТД с одновальным и двухвальным газогенераторами с обозначениями основных сечений их газовоздушных трактов приведены на рис. 3.1.

Основные обозначения и сокращения даны в начале этого пособия.В этом разделе даны лишь те, которые относятся к вертолетным ГТД и отличаются от основных обозначений для ТРДДсм и ТРДД:

ТК,ТНД − выход изтурбины компрессора;

Т –выходиз свободной турбины;

с –выходиз двигателя.

Заметим, что газогенератор ввертолетных ГТД принято называть также турбокомпрессорным модулем(ТКМ), турбину, вращающую компрессор, - турбиной компрессора (ТК).

Рис.3.1. Схемы ТВаДсосвободной турбиной ис одновальным (а)или двухвальным (б) газогенераторами

Сокращения (аббревиатуры) и индексы:

ГГ − газогенератор (синонимум: ТКМ – турбокомпрессорный модуль);

ПЗУ – пылезащитное устройство;

ТК – турбина компрессора;

СТ – свободная турбина.

Другие индексы:

в – вход в компрессор;

г − выход из камеры сгорания;

к − компрессор, выход из компрессора;

кс – камера сгорания;

т − турбина, выход из турбины;

м − механический;

Некоторые обозначения:

С_р= 1004,5 Дж/(кг∙К)−теплоемкость воздуха (при р= const);

С_рг= 1158,3 Дж/(кг∙К)− теплоемкость продуктов сгорания (прир= const);

N_e− мощность на валу свободной турбины, кВт;

N_eуд – удельная мощность, кВт·с/кг;

С_е− удельный расход топлива, кг/(кВт⋅ч);

G_в − расход воздуха через компрессор, кг/с;

G_в.к.с − расход воздуха через камеру сгорания, кг/с;

G_т – расход топлива в камере сгорания, кг/с;

g_т = G_т/ G_в.к.с − относительный расход топлива в камере сгорания;

G_т.ч − часовой расход топлива, кг/ч;

g_охл = G_охл/ G_в − относительный расход воздуха, отбираемого из - за

компрессора на охлаждение турбины;

g_отб = G_отб/ G_в − относительный расход воздуха, отбираемого из - за

компрессора на вертолётные нужды;

n – частота вращения, показатель политропы;

η*_к,η*_т − коэффициенты полезного действия (КПД) компрессора и турбины;

η_ст − мощностной КПД свободной турбины;

μ − средний коэффициент нагрузки ступеней компрессора (турбины);

σ − коэффициент восстановления (сохранения) полного давления;

Выбор исходных данных

Исходными для проведения термодинамического расчета ТВаД (на

максимальном режиме) и определения размеров его основных элементов являются следующие данные, указанные в бланке - задании на курсовую работу.

1. Расчетная высота висения Н_р, м.

2. Мощность двигателя на этой высоте N_eр, кВт.

3. Температура газа перед турбиной Т*_г, К.

4. Степень повышения давления в компрессоре π*_к.

5. КПД компрессора, КПД турбины компрессора, мощностной КПД свободной турбины.

В компрессорах ТВаД обычно используются не очень высокие окружные скорости (u_к =360 … 420 м/с). И тогда у компрессора нарасчетномрежиме КПД может составить примерно 0,84…0,85.

В неохлаждаемой турбине компрессора обычно η*_т составляет

0,89 …0,9. В ТВаД с одновальным ГГ турбина может быть неохлаждаемой толькоприТ*_г не выше 1200…1250 К. Если же турбина охлаждается, то её КПД η*_т получается несколько сниженным – 0,88…0,89.

Мощностной КПД свободной турбиныобычно оказывается существенно более низким – 0,85…0,86 (из-за дополнительных потерь с неиспользуемой в ТВаД выходной скоростью).

6. Коэффициенты σ_вх,σ_к.с, η_г, η_м.

Коэффициент σ_вх, учитывающий потери в воздухозаборнике, вызванные, в основном, установкой в нём ПЗУ, на расчетном режиме обычно равен0,97…0,98.

Коэффициент σ_к.с обычно равен 0,94…0,96, а коэффициент полноты сгорания η_г – 0,98…0,99.

Механический КПД η_м учитывает затраты частимощности турбины компрессора на трение в подшипниках (ничтожно малую)и на привод генератора, насосов, агрегатов и т.д., которые в ТВаД могут составлять 1…2% от мощности турбины. Соответственно η_м = 0,98…0,99. Врасчетах его значение принимается (для упрощения) одинаковым для всехкаскадов турбины газогенератора.

7. Значения коэффициента g_охл = G_охл / G_в (где G_охл – расход воздуха через систему охлаждения турбины и G_в – расход воздуха через компрессор),коэффициента g_отб = G_отб / G_в (где G_отб – количество воздуха, отбираемого на

нужды вертолёта) и значение теплотворности топлива Hu.

Потребное значение g_охл зависит прежде всего от температуры газаперед турбиной. Если эта температура не превышает 1200…1250 К, то рабочие лопатки турбины могут выполняться сплошными, и тогда расход воздухана их охлаждение не превышает g_охл ≈ 0,01. При температуре 1400…1500 Кобычноg_охл ≈ 0,02...0,03. ПриТ*_г = 1600 Кg_охл ≈ 0,05.

Значение g_отбу вертолётных ГТД обычно составляет 0,03 … 0,04.

Если в качестве топлива используется авиационный керосин, то можно

принятьH_u≈ 43000 кДж/кг.

Дата добавления: 2014-12-27