0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление газа в двигателе с турбиной

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

Наиболее широкое применение в турбореактивных двига­телях получили одноступенчатые и двухступенчатые осевые реактивные газовые турбины.

Одноступенчатой турбиной называется такая, которая имеет сопловой аппарат и один ряд рабочих паток. Термин “осевая” показывает, что поток газов подводится к лопаткам турбины параллельно оси вращения колеса.

Реактивная газовая турби­на — это такая турбина, в кото­рой расширение газов происхо­дит не только в сопловом аппа­рате, но продолжается и в кана­лах рабочего колеса турбины, и которой расширение газов полностью заканчивается в сопловом аппарате, называется активной газовой турбиной. В активной турбине давление газов до и после колеса турбины одинаковы.

Рабочим телом в газовой турбине являются газы, образующиеся от сгорания керосина или какого-либо другого топлива в потоке сжатого воздуха.

Познакомимся с конструкцией одноступенчатой осевой газовой турбины. Схема турбины приведена па рис. 26. Тур­бина состоит изсоплового аппарата, диска турбины с рабо­чими лопатками и вала с подшипниками.

Рис. 26. Схема осевой газовой турбины. Рис. 27. Детали соплового аппарата.

Сопловой аппарат (рис. 27) имеет внешний и внутренний венцы, между которыми свободно вставлены лопатки соплового аппарата. Такая посадка лопаток обеспечивает свободное удлинение их при нагревании (лопатки находятся в потоке газов, имеющих температуру 850 — 900° С, и при работе нагреваются до светло-красного цвета). Чтобы лопатки со­плового аппарата могли длительное время работать при вы­сокой температуре, они отлиты из жаростойкого сплава.

Диск турбины (рис. 28) для прочности изготавливается сплошным, без отверстия в центре; он утолщается к центру и к ободу, где крепятся лопатки.

Рис. 28. Ротор турбины.

Рабочие лопатки изготавливаются из жаропрочного сплава, крепятся к ободу “елочным” замком, который обес­печивает свободную посадку лопатки — лопатка может ка­чаться <рис. 29). Замок называется елочным потому, что вид его имеет форму елки.

Рис. 29. Замок лопатки турбины.

К фланцу диска крепится вал турбины, передающий кру­тящий момент компрессору и агрегатам двигателя.

Для уменьшения утечки горячих газов по ободу диска проточены канавки лабиринтного уплотнения.

Диск турбины с лопатками и валом называют ротором. Лопатки соплового аппарата и диска имеют в сечении вид изогнутых аэродинамических профилей (крылышек).

Во время работы турбореактивного двигателя к турбине подходят горячие газы из камер сгорания; газы имеют давле­ние порядка 4 — 7 кг/см 2 , температуру 850 — 900° С и скорость 170 — 180 м/сек.

Рассмотрим, как изменяются давление, температура и скорость газов при протекании их по каналам турбины и как энергия газов преобразуется в механическую работу. Характерные сечения газового потока, движущегося по каналам турбины, приведены на рис. 26:

3—3 — на входе газов в тур­бину;

аа — на выходе газов из соплового аппарата;

4—4 — на выходе газов из ко­леса турбины.

Как было указано выше, к ло­паткам соплового аппарата подхо­дят горячие газы со скоростью по­рядка 170 — 180 м/сек. В сопловом аппарате на участке 3 — а газы, двигаясь в сужающемся канале, увеличивают свою скорость движе­ния (за счет паления давления и температуры) до са =580 — 600 м/сек. Одновременно с расши­рением поток газа поворачивается сопловым аппаратом и направ­ляется на лопатки колеса под углом а =20 — 28° <рис. 30). Лопатки колеса движутся с окружной скоростью и. Вычтем из абсолютной скорости газа са окружную скорость вращения колеса и, получим относительную скорость газа wа, с которой газ входит в каналы рабочего колеса. В канале между лопатками колеса газ продолжает расширяться — его давление падает, температура уменьшается. Работа расши­рения расходуется на ускорение струйки газа, движущейся в канале.

Абсолютная скорость газа на выходе из колеса с4 опреде­лится как сумма окружной скорости колеса и и относитель­ной скорости выхода газа из колеса wа. Для турбин турбо­реактивных двигателей с4 = 350 — 400 м/сек и направлена по оси двигателя. Скорость выхода газов из колеса турбины меньше скорости входа газа в колесо на 150 — 200 м/сек.

Профили лопаток колеса подобраны так, что между ними образуются изогнутые сужающиеся каналы. При протекании газовой струйки по каналу происходит поворот ее, благодаря чему у частиц газа появляются центробежные силы, которые давят на вогнутую поверхность лопатки – “корытце”.

На вогнутой поверхности лопаток создается повышенноt давление, а на выпуклой стороне лопаток (па спинке) обра­зуется пониженное давление (разрежение).

Результирующая сила направлена под некоторым углом к плоскости вращения колеса (см. рис. 30). Эту силу можно разложить на две составляющие. Одна сила направлена по оси колеса — это осевое усилие, оно нагружает упорный под­шипник. Другая сила действует в плоскости вращения колеса; эта сила называется окружным усилием.

В реактивной турбине при движении струйки газа в су­жающемся канале между лопатками колеса происходит ускорение этой струйки газа.

Относительная скорость струйки на выходе из колеса w4 больше относительной скорости струйки на входе в колесо wа, что хорошо видно на рис. 30.

За счет ускорения струйки газа возникает сила реакции, которая гоже дает окружное усилие.

Таким образом, в реактивной газовой турбине окружное усилие получается в результате поворота струйки газов в ло­паточном канале и ускорения этой же струйки газа в этом же канале.

Рис. 30. Возникновение окружного усилия от поворота струйки газа в канале между лопатками колеса

Если сложить все окружные усилия, получающиеся на каждой лопатке колеса, то получим общее, суммарное окружное усилие, которое вращает диск турбины.

Подсчитаем мощность турбины на основе учета работы расширения газов в турбине.

Работу расширения 1 кг газа, протекающего через тур­бину, определим по уравнению энергии потока газов:

Газы подходят к турбине, имея температуру Т3 = 1148 0 и скорость с3 = 170 м/сек, а на выходе из турбины Т4 = 914 0 и с4 = 400 мсек. Показатель адиабаты для про­дуктов сгорания k =1,33.

Подставив эти значения в уравнение, получим LРАСШ = 20900 (кгм/кг).

Будем считать, что через турбину протекает только воздух, который подается компрессором; учитывать вес топлива, сгорающего в двигателе, не будем.

Тогда мощность турбины определится по формуле:

где Gceк — секундный расход газов через турбину; Lрасш — действительная работа расширения 1 кг газов.

Принимая Сгек — 60 кг/сек и Lрасш = 20900 кгм/кг, получим NТУРБ = 13900 л.с.

Мощность, развиваемая турбиной, должна быть на 1,5 — 2% больше мощности, потребляемой компрессором. Этот избыток мощности расходуется на привод вспомогательных агрегатов (насосов, генераторов, автоматов) и на преодоле­ние сил трения в подшипниках и передачах.

Читать еще:  Fiat ducato какое масло двигателя

Дата добавления: 2016-06-09 ; просмотров: 4093 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Как увеличить наддув турбины на дизеле?

Как увеличить наддув турбины на дизеле? Этот вопрос интересует многих автолюбителей, поскольку увеличение давления предусматривает повышение мощности авто, что является огромным преимуществом для транспортного средства. Ниже представлена информация о турбокомпрессорах, которая поможет лучше разобраться в устройстве и улучшить эксплуатационные характеристики своего «железного коня».

Что нужно знать про наддув?

Наддув является самым распространенным, и при этом доступным способом увеличения мощности мотора. Для повышения отдачи нужно израсходовать как можно больше топлива. Но для его сгорания также нужен воздух. Для управления данным ресурсом понадобится специальный насос, в роли которого выступает нагнетатель. Конструкция турбонагнетателей достаточно проста. Их единый вал предусматривает размещение двух крыльчаток, каждая из которых вращается в так называемой «улитке». Одна крыльчатка работает под воздействием потока выхлопных газов, а вторая забирает с улицы воздух и направляет его во впускной тракт. Чем выше будут обороты движка, тем больше будет вырабатываться газов.

При наличии механических нагнетателей для получения дополнительной мощности мотор сначала должен часть этой мощности отдать. Главным преимуществом таких механизмов является отсутствие эффекта «турбоямы».

Как увеличить давление турбины на дизеле?

Принцип работы силовых агрегатов очень прост. При попадании отработавших газов в турбину начинает раскручиваться крыльчатка и всасывать воздух. При этом создается высокое давление, после чего сжатый воздух направляется в интеркулер. Там он охлаждается и попадает в камеру сгорания. Контролировать наддув можно путем регуляции выходящих газов в горячей части силового агрегата. Для этого механизм предусматривает прочный клапан или вестгейт. При закрытом клапане все газы воздействуют на лопатки. Но если этот клапан открыт, то часть газов мимо крыльчатки идёт в выпускную систему, в результате чего скорость оборотов лопаток уменьшается и соответственно понижается давление.

Теперь стоит разобраться, как осуществлять контроль функционирования вестгейта. С этой задачей справляется актуатор. Когда двигается его шток, открывается вестгейт. Чтобы правильно и качественно настроить систему контроля, следует вмонтировать подходящий преднатяг. Большая часть актуаторов имеют шток с изменяемой длиной. Внутри изделия также есть возвратная пружина. Её отсутствие понижает давление выпускных газов и провоцирует открытие вестгейта. В результате этого невозможно будет создать избыточное давление.

При установке пружины наддув можно будет контролировать её жёсткостью. Максимальных показателей наддува можно добиться, если убрать давление на актуатор. Способ повышения давления при помощи пружины можно использовать не только при монтаже турбокомпрессора, но и при желании улучшить характеристики обычной системы контроля. Принцип регулировки очень прост. При уменьшении подачи давления на актуаторы увеличивается сила, необходимая для открытия клапана, и тем самым повышается наддув.

Ещё один способ, который позволяет увеличить давление – это покупка рестриктора. Чем меньше диаметр данного элемента, тем меньший объём давления будет попадать на актуатор, в результате чего образуется избыточный наддув. Диаметр рестриктора в среднем должен составлять от 0,8 до 1,5 мм.

Выше указанные варианты регулировки наддува являются механическими. На сегодня большинство движков оснащается электронными системами управления, а именно:

  • • системы с 2-портовым соленоидом;
  • • системы с 3-портовым соленоидом.

Используя данные схемы подключения, вы сможете легко и безопасно контролировать наддув. Многие автовладельцы используют разные способы повышения мощности турбо-мотора. Самый распространенный из них предусматривает установку системы выпуска большого диаметра. При этом обратное давление в системе должно быть понижено. Также можно установить холодный впуск, в результате чего наддув турбины повысится на 10-15%. Это гарантирует прибавку мощности на 20%.

Для осуществления каких-либо манипуляций по регулировки давления необходимы определенные навыки. Чтобы всё было сделано правильно, лучше обратиться к специалистам. Если у вас нет на примете конкретных компаний, информационный портал Birud готов с этим вопросом помочь. На нашем сайте пользователи обмениваются полезной информацией и оставляют отзывы о тех или иных компаниях. Если вы хотите найти СТО в конкретном городе, воспользуйтесь специальной системой поиска.

Давление газа в двигателе с турбиной

  • О компании
  • Услуги
    Теория турбонаддува. Введение
    Основы турбонаддува (теория турбонаддува)
    Проблемы форсирования
    Инерционная нагрузка
    Мощностная нагрузка
    Ресурс турбодвигателя
    Турболаг (turbo lag)
    Увеличение мощности двигателя
    Эластичность двигателя
    Езда на турбе
    Варианты приобретения Приобретение автомобиля с турбодвигателем
    Серийный автомобиль с турбодвигателем
    Турбо-кит
    Постройка собственной системы турбонаддува
    Выбор турбокомпрессора
    Компрессор
    Давление наддува
    Выбор размера турбины (+что такое a/r турбины)
    Турбина
    Полезные детали конструкции
    Смазка турбокомпрессора (смазка турбины)
    Выбор смазочных материалов
    Расход масла и требования к давлению (+схема охлаждения турбины)
    Масляный радиатор двигателя
    Подача и отвод масла от турбонагнетателя
    Система слива масла
    Дополнения к масляной системе
    Интеркулер — промежуточное охлаждение
    Расчёт интеркулера (параметров промежуточного охладителя)
    Выбор типа промежуточного охладителя
    Промежуточный охладитель наддувочного воздуха (воздух/воздух)
    Конструкция концевых резурвуаров промежуточного охладителя
    Размеры и форма труб
    Размещение промежуточного охладителя
    Промежуточный охладитель с разделенным ядром
    Распыление воды на промежуточный охладитель
    Впрыск воды
    Одноразовый промежуточный охладитель
    Промежуточное охлаждение — итоги главы
    Впускной коллектор
    Ресивер
    Расположение форсунок
    Корпус дроссельной заслонки
    Дроссельные заслонки с прогрессивной характеристикой
    Коллектор для карбюраторного двигателя
    Система впрыска топлива
    Принципы работы системы электронного впрыска топлива
    Принципы работы системы электронного впрыска топлива (2)
    Последовательный впрыск топлива и длительность импульса
    Изменение штатной системы впрыска топлива
    Системы управления двигателем сторонних производителей
    Карбюратор (турбина на карбюратор)
    Компоновка системы с протяжкой воздуха
    Компоновка системы с продавливанием воздуха
    События в камере сгорания
    Напряжение
    Свечи зажигания
    Установка угла опережение зажигания
    Электронное управление опережением зажигания
    Датчик детонации двигателя
    Топливо
    Выхлопной коллектор
    Назначение
    Критерии конструкции
    Компоновка коллектора
    Литой коллектор
    Установка вестгейта
    Тепловое расширение
    Соединения
    Прокладки
    Система выпуска
    Детали конструкции
    Варианты глушителя, размеры, и количество
    Установка вестгейта
    Материалы и покрытие
    Соединители и прокладки
    Фланцы
    Насадки на выхлопную трубу
    Специальные требования к переднеприводным автомобилям
    Система выпуска — итоги главы
    Регулирование давления
    Выпускной клапан
    Вестгейт
    Выбор вестгейта
    Установка вестгейта в систему
    Сигнал управления вестгейтом
    Особенности конструкции вестгейта
    Обманывание вестгейта
    Устройство защиты от превышения давления наддува
    Регулирование давления — итоги главы
    Подготовка двигателя
    Определение целей
    Степень сжатия
    Вычисление изменения степени сжатия
    Изменение степени сжатия
    Подготовка блока цилиндров
    Прокладка головки и блока цилиндров
    Крепление головки блока цилиндров
    Затяжка креплений головки блока
    Кованые поршни для турбомотора
    Балансировка деталей
    Распредвалы
    Другие элементы двигателя
    Подготовка двигателя — итоги главы
    Испытание системы
    Оборудование и инструменты
    Сопротивление воздушного фильтра (воздушный фильтр нулевого сопротивления)
    Температура на входе в компрессор
    Условия на выходе компрессора
    Температура окружающей среды перед промежуточным охладителем
    Условия на выходе промежуточного охладителя
    Давление во впускном коллекторе
    Давление на входе в турбину
    Обратное давление в выхлопной трубе
    Соотношение воздух/топливо
    Неисправности
    Осмотр двигателя на предмет неисправностей, вызванных неправильной работой турбонагнетателя
    Чрезмерное давление наддува
    Низкое или медленно нарастающее давление наддува
    Пропуски зажигания
    Потеря тяги
    Детонация
    Неисправности — итоги главы
    Будущее турбонаддува сегодня
    Будущее
    Усовершенствование турбонагнетателя
    Оборудование, относящееся к турбонагнетателю

Давление в выпускном коллекторе другими словами может быть названо давлением на входе в турбину. Это давление — опасная вещь. В конечном счете, можно считать, что давление на входе в турбину будет названо единственной опасной вещью, привнесенной в систему, но без которой не бывает турбонаддува. Давление на входе в турбину является нежелательной величиной потому, что оно почти всегда больше чем давление во впускном коллекторе, созданное турбонагнетателем. Когда это происходит, некоторая часть отработанного газа выталкивается обратно в камеру сгорания в течение фазы перекрытия клапанов. Эта си­туация вредна по причинам, которые объяснены в другом месте в этой книге.

Считается, что хорошая уличная система турбонаддува имеет от­ношение давления на входе в турбину к давлению во впускном коллек­торе приблизительно 2. Если это отношение больше чем 2, турбонагнетатель слишком мал и заглушает систему выхлопа и не по­зволяет значительно увеличить мощность. Если отношение меньше чем 2, часто порог наддува будет выше желаемого для использования авто­мобиля. Это объясняется тем фактом, что, поскольку отношение снижается, мощность увеличивается. Фактически, одним из конструктивных параметров системы турбонаддува для гонок является то, что отношение давления на входе в турбину к давлению во впуск­ном коллекторе меньше 1. Когда достигается момент, при котором дав­ление на впуске становится большим чем давление на входе в турбину, турбонагнетатель начинает давать серьезную мощность. Это одна из причин того, что гоночные автомобили Формулы 1 в 87 году могли раз­вивать мощность более чем 1000 л.с. при объеме 1500 кубических сан­тиметров. Может быть, наступит день, когда мы сможем съесть наш кусок пирога и еще кусок, когда турбины с переменной геометрией ста­нут обычным делом. Они позволят иметь низкий порог наддува при условии, что давление во впускном коллекторе больше давления на входе в турбину, как только давление наддува стабилизируется на своем максимальном значении.

Измерение давления на входе в турбину требует немного больших усилий чем другие измерения, поскольку отработанные газы имеют очень высокую температуру.

Теория газотурбинных двигателей

Книга может оказаться полезной при изучении принципа работы, конструкции и эксплуатации газотурбинных авиационных двигателей.

Оглавление

  • Входные устройства
  • Компрессор

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Теория газотурбинных двигателей предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Теория ступени компрессора ГТД

Компрессор газотурбинного двигателя служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания.

Применение компрессора в ГТД позволяет получить нужный расход воздуха, обеспечить желаемое значение КПД, получить высокую тягу (мощность) при небольших габаритных размерах и массе двигателя.

Компрессор ГТД должен удовлетворять следующим требованиям:

а) сжатие воздуха должно происходить при возможно большем КПД;

б) обеспечивается устойчивая работа двигателя во всем диапазоне эксплуатационных режимов;

в) подвод воздуха в камеру сгорания производится без пульсаций давления, расхода и скорости потока;

г) обеспечение наименьшего веса и габаритов двигателя;

д) обеспечивается высокую надежность авиадвигателя.

Основными типами компрессоров авиационных ГТД являются многоступенчатые осевые [1] или осецентробежные компрессоры.

Процесс сжатия воздуха в многоступенчатом компрессоре ГТД состоит из ряда последовательно протекающих процессов сжатия воздуха в отдельных его ступенях.

В современных газотурбинных двигателях наиболее часто используются осевые компрессоры, как наиболее полно отвечающие предъявляемым требованиям. В осевых компрессорах авиадвигателя по сравнению с другими типами компрессоров возможны высокие значения степени повышения давления воздуха и большие расходы воздуха при высоких КПД и сравнительно малых габаритных размерах и массе.

Осевой компрессор ГТД имеет несколько рядов лопаток, насаженных на один общий вращающийся барабан или на ряд соединенных между собой дисков, которые образуют ротор компрессора.

Один ряд лопаток ротора называется рабочим колесом.

Другой основной частью компрессора является статор, состоящий из нескольких рядов лопаток (направляющих аппаратов), закрепленных в корпусе. Назначением лопаток статора является:

а) направление проходящего через них воздушного потока под необходимым углом на рабочие лопатки расположенного за ними рабочего колеса;

б) спрямление потока, закрученного лопатками впереди находящегося рабочего колеса, с одновременным преобразованием части кинетической энергии закрученного потока в работу по повышению давления воздуха.

Сочетание одного рабочего колеса и одного стоящего за ним направляющего аппарата называется ступенью компрессора.

Перед первым рабочим колесом компрессора может быть установлен входной направляющий аппарат.

При вращении рабочего колеса за счет внешней энергии повышается скорость потока, при этом на входе рабочего колеса создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. Внешняя энергия, сообщенная лопатками рабочего колеса воздуху, движущемуся по расширяющимся (диффузорным) каналам, затрачивается на повышение давления воздуха, а также на увеличение его скорости.

Преобразование кинетической энергии воздушного потока, приобретенной в рабочем колесе, сопровождающееся повышением давления воздуха, происходит в направляющем аппарате, который, кроме того, обеспечивает потоку требуемое направление для входа в рабочее колесо следующей ступени компрессора.

Разрез лопаток ступени компрессора цилиндрической поверхностью образует решетку профилей рабочего колеса.

На входе в рабочее колесо скорость воздуха может быть направлена не параллельно оси колеса, а под некоторым углом к ней вследствие неполного спрямления потока направляющим аппаратом предыдущей ступени компрессора или установки перед рабочим колесом входного направляющего аппарата. Вращению рабочего колеса соответствует перемещение решетки с окружной скоростью «u». Для определения скорости воздуха относительно рабочих лопаток «w» применим правило сложения векторов скоростей, согласно которому абсолютная скорость равна относительной и переносной. Переносной скоростью будет окружная скорость лопаток, следовательно, c = w + u.

Треугольник, составленный из векторов «c», «u» и «w», является треугольником скоростей на входе в рабочее колесо.

Лопатки рабочего колеса должны быть установлены таким образом, чтобы передние кромки их были направлены по направлению вектора «w» или под небольшим углом к нему. Кривизна профилей лопаток выбирается с таким расчетом, чтобы угол выхода потока из колеса был больше угла входа потока.

Направление потока за решеткой при безотрывном ее обтекании определяется в углом установки задней кромки лопатки.

Разворот потока воздуха в рабочем колесе компрессора приводит к возникновению на каждой лопатке аэродинамической силы «P» направленной от вогнутой к выпуклой поверхности профиля. Можно разложить силу «P» на две составляющие. Составляющую, направленную параллельно вектору окружной скорости, назовем окружной, а составляющую, направленную параллельно оси компрессора — осевой составляющей. Окружная составляющая направлена против движения лопаток колеса и противодействует их вращению. Для поддержания частоты вращения ротора к валу компрессора должен быть приложен крутящий момент. Работа, затрачиваемая на вращение колеса идет на увеличение энергии потока, прошедшего через колесо. Это проявляется в том, что обычно скорость потока за колесом оказывается больше скорости потока перед колесом, несмотря на одновременное увеличение давления.

Абсолютная скорость «с» на выходе из рабочего колеса определится построением треугольника скоростей. Вследствие поворота потока в колесе вектор абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса оказывается отклоненным от вектора абсолютной скорости на входе в сторону вращения колеса.

Лопатки направляющего аппарата отклоняют поток в обратную сторону. Форма лопаток подбирается так, чтобы направление вектора абсолютной скорости за ступенью соответствовало направлению вектора абсолютной скорости на входе в рабочее колесо. При этом, увеличивается поперечное сечение струи, проходящей через канал между соседними лопатками. В результате скорость потока в направляющем аппарате падает, а давление увеличивается.

Независимо от скорости набегающего на лопатки воздуха и формы проточной части, течение потока через ступень может рассматриваться как течение через систему диффузорных каналов с уменьшением относительной скорости потока в рабочем колесе, уменьшением абсолютной скорости потока в направляющем аппарате и увеличением давления в обоих случаях.

Основными элементами центробежной компрессорной ступени являются рабочее колесо и диффузор, а характерными сечениями воздушного тракта — сечение перед рабочим колесом, сечение за рабочим колесом и сечение на выходе из диффузора. За диффузором могут быть установлены выходной канал или выходные патрубки, обеспечивающие поворот выходящего из диффузора потока в нужную сторону.

Рабочее колесо центробежного компрессора обычно представляет собой диск, на торцевой поверхности которого расположены рабочие лопатки.

В центробежной ступени можно получить значительно большее повышение давления воздуха, чем в осевой ступени, благодаря центробежным силам направленным по движению воздушного потока в рабочем колесе. Но в то же время (в отличие от осевой ступени) ее диаметр намного превышает диаметр рабочего колеса осевого компрессора.

Недостатки центробежной ступени могут быть в значительной степени смягчены в диагональной ступени. По своим параметрам она занимает промежуточное положение между осевой и центробежной ступенью компрессора. Сжатие воздуха в ее рабочем колесе происходит как вследствие уменьшения относительной скорости воздуха в межлопаточных каналах, так и в результате работы центробежных сил, совершаемой при перемещении воздушного потока в колесе от центра к периферии. Меньшее отклонение основного направления течения воздуха от осевого позволяет уменьшить диаметральные габаритные размеры ступени.

Степенью повышения давления ступени компрессора называется отношение давления за ступенью к давлению на входе в рабочее колесо.

В осевых ступенях степень повышения давления обычно невелика и равняется 1,2…1,35. В центробежных ступенях степень повышения давления может достигать 4—6 и более.

С целью увеличения общей степени повышения давления применяют многоступенчатые компрессоры, в каждой ступени которых осуществляется повышение давления воздуха.

Адиабатический КПД ступени компрессора представляет собой отношение адиабатической работы повышения давления воздуха в ступени к затраченной работе Адиабатический КПД ступени осевого компрессора обычно равен 0,83—0,87, что свидетельствует об их высоком аэродинамическом совершенстве. Центробежные ступени имеют несколько меньшее значение адиабатического КПД — 0,75—0,80.

Расход воздуха через компрессор пропорционален плотности воздуха, скорости потока и площади проходного сечения.

Окружная скорость воздушного потока является важнейшим конструктивным параметром ступени компрессора двигателя, она ограничивается прочностью лопаток и диска рабочего колеса и газодинамическими соображениями.

По уровню скорости набегающего на лопатки воздуха осевые ступени разделяются на дозвуковые, сверхзвуковые и трансзвуковые (околозвуковые), в которых окружная или осевая скорости изменяются по радиусу изменяются по радиусу от сверхзвуковой до дозвуковой.

В реальных ступенях компрессора между лопатками рабочего колеса и внутренней поверхностью статора всегда имеется конструктивный зазор [3]. При этом зазор на работающем двигателе отличается от монтажного зазора вследствие деформаций деталей ротора и статора под действием газовых сил и теплового расширения. Обычно у прогретого двигателя рабочие зазоры оказываются меньше монтажных.

Перетекание (утечка) воздуха через радиальные зазоры приводит к понижению давления на вогнутой стороне лопатки и к повышению давления на спинке, т. е. к уменьшению разности давлений на поверхностях профиля. Уменьшение перепада давлений приводит к снижению окружного усилия и, следовательно, к снижению работы, передаваемой воздуху в ступени.

На работу ступени оказывают влияние и осевые зазоры между ее неподвижными и вращающимися венцами. Осевые зазоры между лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата составляют примерно 15—20% хорды лопаток и также снижают эффективность работы ступени.

Основные параметры многоступенчатого компрессора

В теории газотурбинных двигателей обычно используются следующие параметры многоступенчатого компрессора:

а) степень повышения давления (отношение полного давления воздуха за компрессором к полному давлению перед компрессором);

б) секундный расход воздуха через компрессор;

в) частота вращения pотоpа компрессора;

г) адиабатический КПД компрессора.

Степень повышения давления в компрессоре ГТД равна произведению степеней повышения давления его отдельных ступеней.

В компрессорах современных авиадвигателей степень повышения давления компрессора доходит до 30 и более. Такие высокие степени повышения давления применяют для улучшения экономичности двигателя.

Дело в том, что в газотурбинных двигателях 70% тепла, введенного с топливом в двигатель, теряется с уходящими газами. Эти потери обусловлены вторым законом термодинамики (в двигатель засасывается холодный воздух, а выходит горячий).

При увеличении степени повышения давления в компрессоре соответственно увеличивается и степень понижения давления на тракте расширения газа в двигателе (во сколько раз воздух сжимается — во столько же раз газы расширяются). А чем больше степень понижения давления, тем ниже (при заданной температуре газа перед турбиной) температура уходящих газов и, следовательно, тем меньше потери тепла с уходящими газами.

Иначе говоря, с увеличением степени повышения давления воздуха степень полезного использования введенного в двигатель тепла увеличивается.

Ступени компрессора работают в разных условиях: они имеют разные окружные и осевые скорости, их лопатки обтекаются потоком с разными скоростями и т. д. Поэтому адиабатические работы сжатия воздуха в различных ступенях одного и того же компрессора могут существенно отличаться друг от друга.

В первых и в меньшей степени в последних ступенях работа заметно снижена по сравнению с работой приходящейся на каждую из средних ступеней.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector