Источники энергии на привод компрессора ГТД на режиме авторотации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

в и кузнецов ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

НА ПРИВОД КОМПРЕССОРА ГТД НА РЕЖИМЕ АВТОРОТАЦИИ

Омский государственный технический университет

УДК 629.7.036

РАССМАТРИВАЕТСЯ ВОПРОС ВОЗМОЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРИВОДА КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ НА РЕЖИМЕ АВТО* РОТАЦИИ. ПОКАЗАНО, НТО ВРАЩЕНИЕ КОМПРЕССОРА НА РЕЖИМЕ АВТОРОТАЦИИ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НЕ ТОЛЬКО ОТ ТУРБИНЫ, НОИ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ НАБЕГАЮЩЕГО ПОТОКА ВОЗДУХА.

В качестве примера рассматривается простейший газотурбинный двига-тель (ГТД), а именно турбореактивный (ТРД) с нерегулируемыми проходными сечениями. Особенностью расчета параметров ТРД на режиме авто ротации является то, что подогрев газа в камере сгорания отсутствует. Таким образом, температура газа на выходе из камеры сгорания равна температуре воздуха на выходе из компрессора, т.е. Т'г = Т'к [1,2).

Расчет параметров ТРД производится теми же методами, что и расчет установившихся режимов двигателя.

Считается, что на установившихся режимах авторотации мощность, снимаемая с вала турбины Л/,., равна мощности потребляемой компрессором N [1].

где Г|т-механический к.п.д., учитывающий потери в подшипниках.

Так как подогрев воздуха в камере сгорания отсутствует и расходы воздуха через компрессор и турбину равны между собой, тоураенение(1)пред-ставляетсяввиде[1].

(2)

Т. К

т„

¿- л

0,1 0.2 0.3 0,4 0,5 0.6 0.7 0.8 0,9 I

Рис. 1. Изменение температуры воздуха за компрессором (Г.) и температура газа перед турбиной от относительной частоты вращения по линии рабочих режимов (Г„ -температура окружающей среды; Т'™ ■ максимальная температура газа перед турбиной).

Кузнецов В. И.

где 1к> ¿.г - удельные работы компрессора и турбины соответственно.

Из литературы известно [2], что изменение температуры газа а камере сгорания по линии рабочих режимов (ЛРР) качественно имеет еид кривой, изображенной на рис.1. Пунктиром изображена кривая, которая на практике не реализуется из-за возможности выхода двигателя из строя. На этом участке работа двигателя осуществляется с помощью какого-либо пускового устройства (аэродромного или бортоеого). На этом же рис.1 нанесена кривая температуры воздуха за компрессором (7^.) на ЛРР в функции относительной частоты вращения турбокомпрессора [2].

Как видно из рис. 1, при работе ТРД на установившихся режимах (^ = соп.ч!) температура газа в камере сгорания должна быть выше температуры воздуха за компрессором и на режиме авторотаиии турбина не в состоянии вращать компрессор, т.к.

к > 1Л„ (3)

где

L =C Г

Г л

1-

nr

>h

(4)

(5)

Известно, что каждой скорости попета соответствует вполне определен-ная частота вращения турбокомпрессора или работа на постоянном режиме [2].

Анализ рис.1 и уравнения (3) показывает невозможность работы турбокомпрессора на постоянной частоте вращения только за счет энергии турбины. Следовательно, недостающая часть энергии должна быть подведена извне. На режиме авторотации внешней энергией может быть только энергия набегзюще-го потока воздуха. 5 этом случае связь между удельными работами компрессора и турбины может быть представлена в общем виде как соотношение

(6)

где: ^ - удельная работа внешних сил.

А» = хк <7)

где - удельная энергия набегающего потока воздуха;х-доля энергии набегающего потока, идущая на вращение компрессора (о < х < 1).

Остальная часть энергии набегающего потока (у1_„. О < у < 1) расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений по гаэовоздушному тракту, привод самолетных агрегатов (если они подключены) и организацию истечения воздуха из реактивного сопла.

Таким образом, энергия набегающего потока расходуется на вращение компрессора, преодоление гидравлических сопротивлений по газовоэдушному тракту, привод самолетных агрегатов и организацию истечения из реактивного сопла, т.е.

^ = = (8)

где х + у= 1.

Энергия набегающего потока является функцией скорости набегающего потока

i. - с I М- (9)

2 *

где: и- показатель адиабаты, Мп - число Маха набегающего потока.

На режиме авторации изменение частоты вращения турбокомпрессора является функцией энергии набегающего потока

ii = /{L )или й = /(М)

В общем виде соотношение между удельной работой компрессора, работой турбины и энергией набегающего потока имеет вид

KA+xL. <10>

При М= const, AM = 0

LK =Lr + xLr - (н = const, Ап = 0 - работа с постоянной частотой вращения); при М= var, AM < 0 =>

£, > LT + xLr - (п - var, Ди < 0 - торможение); при М = var, дл/ >0

1 < LT + xL - [п = var, Дн > 0 - разгон);

Еспи элементы проточной части ТРД нерегулируемые, то увеличение частоты вращения (д^ > о) турбокомпрессора будет происходить до достижения полного давления на срезе сопла равном критическому (р, 5 Р^}. Дальнейшее увеличение скорости полета > А/^ Не будет приводить к увеличению приведенной частоты вращения турбокомпрессора, т.к. давление на срезе сопла будет равно критическому (pt= pw), которое будет расти пропорционально степени повышения полного давления воздуха во входном устройстве от чисяа Маха.

Таким образом, на режиме авторотации компрессор на статических режимах попучает энергию не только от турбины, но и от набегающего потока.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алабин М.А., Кац Б.М., Литвинов Ю.А.. Запуск авиационных газотурбин-ных двигателей. - М.: Машиностроение, 1968.228с.

2. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтен-ко.-М.: Машиностроение, 1987.-568 с.

КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, заведую-щий кафедрой "Двигатели летательных аппаратов".

В. Р. ВЕДРУЧЕНКО Е. В. ГАЛИМСКИЙ

Омский государственный университет путей сообщения

УДК 621.182:658.26(075.9)

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ НА ВЫХОДЕ ИЗ НЕЭКРАНИ-РОВАННОГО ПРЕДТОПКА КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВТОРИЧНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

НА ОСНОВАНИИ ВЫПОЛНЕННОГО АНАЛИЗА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫХОДЕ ИЗ НЕЭКРАНИРОВАННЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТОПОК С ВТОРИЧНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ ПРЕДЛАГАЕТСЯ УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАЗВАННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ВТОРИЧНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ. ПРОВЕДЕНО СРАВНЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ПО НОРМАТИВНОМУ МЕТОДУ И ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКЕ, ПОКАЗАВШЕЕ ПРИЕМЛЕМУЮ СХОДИМОСТЬ.

Производство сажи на сажевых заводах, е том числе в ОАО "Техуглерод" (г. Омск), сопровождается образованием большого количества отбросных сильно забалластиро-

ванных газов, содержащих незначительное количество горючих компонентов и значительное количество балласта (азота, диоксида углерода и др.). содержание которого