TRiP111
.pdf
16. Влияние параметров цикла на его работу.
Проанализируем зависимость работы цикла сначала от температуры газа перед турбиной, а затем от суммарной степени повышения давления при условии, что Тн , ηсж и
ηр постоянны. Пусть температура газа перед турбиной изменяется при πΣ= const. Из уравнения (5.7) следует, что с увеличением температуры ТГ работа расширения газа увеличивается пропорционально этой температуре, а работа сжатия от нее не зависит. Поэтому работа цикла изменяется по Тг линейно.
При снижении ТГ работа цикла уменьшается и при некоторой минимальной температуре T'min обращается в нуль. Используя уравнение (5.7), из условия Le=О получаем выражение для ТГmin:
|
|
|
|
|
|
Сравнивая |
ТГmin |
и |
ТК |
для |
действ |
цикла |
получим: |
откуда 
Сопоставление его с выражением для ТГmin ,показывает что для действительного цикла минимальная температура газа перед турбиной выше температуры воздуха за компрессором, следовательно, тепло к
рабочему телу подводится, т.е. Q1min > 0. Так как работа цикла при этом равна нулю, все подведенное тепло идет на преодоление гидравлических потерь и отводится от двигателя с выхлопными газами.
Следовательно T*Гmin зависит от суммарной степени повышения давления πΣ, величины Тн и от потерь в цикле.
Зависимость работы цикла от суммарной степени повышения давления. Оптимальная степень повышения давления, как и величина πΣпр, является функцией степени повышения температуры рабочего тела ТГ/ТН и потерь в цикле. Чем больше подведено тепла и меньше потери, тем больше
величина πΣорt .
Итак, с увеличением πΣ работа цикла сначала возрастает, достигая максимума, а затем снижается. Возникновение максимума работы цикла объясняется противоположным влиянием двух факторов: ростом работоспособности рабочего тела (ростом избыточного давления в камере сгорания, что приводит к уменьшению потерь тепла Q2) и одновременным снижением количества подведенного тепла Q1 вследствие повышения температуры воздуха за компрессором. Вначале, при малых значениях πΣ, преобладает влияние первого фактора, а затем - второго.
Заметим, что снижение работы цикла до нуля при TГ ТГmin и при πΣ=πΣпр имеет одинаковый физический смысл. В обоих случаях цикл вырождается вследствие уменьшения количества тепла, подведенного к рабочему телу. В первом случае теплоотвод уменьшается из-за снижения температуры газа перед турбиной, а во втором - из-за увеличения температуры воздуха на выходе из компрессора.
Влияние суммарной степени повышения давления на работу идеального цикла наглядно показано на Т-S диаграмме, где плошадь, ограниченная контуром цикла, эквивалентна его работе.
Проведенный анализ показывает, что для значительного увеличения работы цикла необходимо изменять не только температуру газа перед турбиной, но и суммарную степень повышения давления. Например, с увеличением температуры Тг от 1000 до 2000 К оптимальная степень повышения давления я πΣорt увеличивается от 10 до 40, а работа цикла – от 210 до 830 кДж/кг, т.е. в 4 раза (рис. 5.8).
17. СВЕРХЗВУКОВОЕ ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО
Для полёта дозвукового гражданского самолета удовлетворяли простые округлённые формы, которые приспосабливались к различным углам атаки с малыми потерями. Такой вход может быть удовлетворителен при низких сверхзвуковых режимах полёта, но при полёте со сверхзвуковыми скоростями, неизбежны потери. С простым дозвуковым входным устройством (или приёмником воздушного давления) на сверхзвуковых скоростях создаются потери ударной волной на входе. Для числа Маха, приближающегося к 2.0, потери от прямого скачка относительно большие и на самолётах с высоким числом Маха, стремятся перейти к входному устройству с рядом косых скачков. Уменьшение потерь давления торможения достигается через большее число скачков.
Рисунок 15.5. Входное устройство двигателя самолёта-истребителя F-15.
Если P01 и P02 обозначают давления торможения на входе и на выходе, тогда эмпирическое выражение для MIL-E-5007/8 примет вид:
P |
/ P |
1.0 |
02 |
01 |
|
для
P |
/ P |
1.35 |
1.0 0.075 M 1 |
||
02 |
01 |
|
M 1.0 для
M 1.0
Входное устройство двигателя самолёта F-15 имеет сравнительно острые кромки, так что его потери при низких дозвуковых скоростях полёта ниже. Три панели должны быть отрегулированы так, чтобы приспособить положения в зависимости от числа Маха и режима работы двигателя и открыть створки второго контура, для этого необходимо иметь три привода, связанные с системой контроля управления.
Понятно, что такое входное устройство придаёт дополнительный вес и стоимость,. Положение ещё более усложняется желанием вовлечения аспектов технологии незаметности. Рисунок 15.6. Коэффициент полного давления на входе,
показывающий измеренные результаты для F-15 и F-16 для прямого скачка.
18. Требования к основным камерам сгорания. Пар-ры КС
1)Устойчивый процесс горения во всем эксплуатационном диапазоне по составу топливновоздушной смеси, изменением давления и температуры на входе в к.с.
2)Высокая полнота сгорания топлива : |
|
Г |
=0,97..0,98. |
|
|
||||
3)малые потери полного давления : |
|
=4…8% |
||
|
||||
4)минимальные габариты и вес |
|
|
|
|
5)Минимальная дымчатость и токсичность выхлопных газов 6)Надёжный запуск к.с. на земле и в воздухе 7)Высокая надёжность при заданном ресурсе 8)технологичность, ремонтопригодность
9)Обеспечение равномерного поля температур газа на выходе из к.с. 10)отсутствие резких пульсаций пламени.
Показатели работы:
1.Коэффициент избытка воздуха
1,8...4,0
2.Температура газов на выходе
T |
* |
|
Г |
||
|
3.Расход топлива и относительный расход топлива (
G |
, q |
T |
T |
)
Gт – секундный расход топлива, (кг/с) Vж – обьем жаровой трубы, (м3)
ηг - Коэфициент полноты сгорания; σ кс – Коэффициент восстановления полного давления; (0,94-0,96)
Tгmax – максимальное значение температуры газа.
Уровень выбросов дыма, несгоревшего топлива и газообразных веществ, загрязняющих атмосферу – оксидов азота(NOx), оксидов углерода(СО), несгоревших углеводородов (НС) – должен соответствовать международным нормам ИКАО и Авиационным правилам.
КС – часть ГТД в котором осуществляется подвод конечного тепла за счет сжигания топлива.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СА |
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-диффузор,2-завихритель, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3-форсунка,4-зона горения,5-зона разбавления |
||||||||||||||||||||
19. Принцип работы ГТД.
При полете со скоростью VП набегающая струя воздуха частично сжимается в воздухозаборнике. В результате уменьшения кинетической энергии воздуха происходит его динамическое сжатие. Дальнейшее сжатие воздуха происходит в компрессоре. При больших сверхзвуковых скоростях динамическое сжатие так возрастает, что может составлять существенную долю всего повышения давления в двигателе. При больших VП повышение давления в воздухозаборнике становится большим, чем в компрессоре.
Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, где в него впрыскивается горючее (как правило, авиационный керосин), и затем происходит сгорание топливовоздушной смеси, в процессе которого температура продуктов сгорания повышается до величины, допускаемой жаропрочностью горячей части двигателя. В турбине часть потенциальной энергии газов преобразуется в механическую работу на валу, передаваемую компрессору. Степень понижения давления газа в турбине, необходимая для получения работы на валу, равной работе, затрачиваемой на сжатие воздуха в компрессоре, преодоление трения в подшипниках и привод вспомогательных агрегатов, всегда меньше, чем степень повышения давления в компрессоре, из-за возрастания работоспособности продуктов сгорания в связи с их высокой температурой. Перед реактивным соплом, следовательно, избыточное давление всегда больше давления в воздухозаборнике, перед компрессором, а температура перед соплом всегда выше температуры торможения набегающего потока. Поэтому скорость истечения продуктов сгорания из реактивного сопла ТРД больше скорости полета, что и обусловливает появление реактивной тяги двигателя.
20. Характеристики камеры сгорания
Основными являются срывные характеристики, характеристики по параметру форсирования и по составу смеси. Срывными характерестиками называют зависимости максимальных (αксmax)или минимальных (αксmin) значений коэффициента избытка воздуха, при которых прекращается горение (происходит срыв пламени), от величины скорости воздуха при входе в камеру сгорания CK. Для устойчивого горения необходимо, чтобы в циркуляционной зоне или в ее части местные значения α были равны ≈0,5…1,7 и время пребывания смеси было бы достаточным для протекания процессов горения. Обеспечение этих условий в наибольшей степени определяется конструкцией фронтового устройства, способом подачи и распыления топлива. Результаты исследования камер сгорания
показывают, что влияние величин GB,
p |
* |
, T |
* |
K |
|
||
|
K |
||
, VЖ на значение ηГ при α=const приближенно может
быть учтено с помощью параметра форсирования камеры сгорания
KV=GB/(
p |
*1,25 |
T |
* |
K |
|
||
|
K |
||
VЖ).
Приблизительно этот параметр можно интерпретировать как отношение времени химической реакции ко времени пребывания смеси в жаровой трубе. Характеристика камеры сгорания по составу смеси, которая представляет собой зависимость значений ηГ от коэффициента избытка воздуха в камере α. Эта зависимость представляет собой кривую с максимум при некоторых значениях α (αопт), однако в пределах рабочих режимов она весьма полога (ηГ≥0,98). При существенном обеднении или обогащении смеси (α>5…7 или α<1,7…2,0) происходит снижение значений ηГ главным образом из-за замедления горения в чрезмерно обедненных или преобогащенных объемах смеси.
Также различают характеристики эффективности, надежности и экологичности КС.
Характеристика эффективности показывает взаимосвязь между |
|
, |
T |
* |
, |
|
(рис.1) |
|
Г |
||||||||
|
||||||||
|
|
|
900
800
21. Изоэнтропическая эффективность процессов в цикле ГТД.
Рисунок 4.2. Графики зависимостей температуры от энтропии и объёма от давления, для циклов газовых турбины. Степень сжатия 40, T02 = 288 K, T04 = 1 700 K,
ηC = ηT = 0.90; s = 0 для P = Pa и T = 288 K
На графиках рисунка 4.2 под процессом 2 - 3 понимается процесс сжатия, а 4 - 5 – процесс расширения в турбине. Процессы сжатия и расширения происходят без теплообмена с внешней средой, то есть они могут быть приняты как адиабатические. Также на рисунке 4.2 - показан условный процесс 2 - 3is, который является адиабатическим, обратимым (т.е. изоэнтропическим) процессом сжатия, и условный процесс 4 - 5is, который является процессом изоэнтропического расширения в турбине. Эти процессы изоэнтропические, то есть происходят в идеальном компрессоре и турбине. Как можно заметить, процесс сжатия происходит с большим повышением температуры, по сравнению с таким же процессом, происходящим при изоэнтропическом повышении давления в компрессоре.
T T |
T |
T |
; |
|
3 |
2 |
3is |
2 |
|
Другими словами работа компрессора на каждую единицу массы воздуха больше, чем работа идеального процесса. Фактически, турбина производит меньшее понижение температуры, по сравнения с идеальной турбиной, в которой:
T4 T5 T4 T5is .
Поэтому, для того же самого отношения давления, фактическая турбина производит меньшее количество работы, чем при обратимом адиабатическом процессе.
Для компрессоров и турбин определением коэффициента полезного действия является отношение произведённой работа на единицу массы к идеальной работе (т.е. работе без потерь) в процессах с эквивалентным изменением давления:
|
|
|
Идеальная |
работа |
и |
|
|
|
Затраченная |
работа |
. |
|
comp |
Затраченная |
работа |
turb |
Идеальная |
работа |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Обратите внимание, что определения эффективности (т.е. коэффициента полезного действия) отличаются для компрессора и турбины так, чтобы их значения были всегда меньше единицы. Для адиабатического процесса, идеальный эквивалентный процесс обратим, и соответствующий этому процесс носит название изоэнтропического полезного действия. Далее рассмотрим жидкость, как совершенный газ, для которого h = CP ∙ T.
comp |
|
T3is T2 |
и turb |
|
T4 |
T5 |
. |
(4.4) |
|
T3 |
T2 |
T4 |
T5is |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
Внастоящее время коэффициенты изоэнтропического полезного действия турбин и
компрессоров, для высококачественных двигателей пассажирских самолётов, будут около 90 %,
22. Рабочий процесс в КС
В«простом» термодинамическом цикле ГТД на участке К-Г к потоку рабочего тела подводится тепло.
ВГТД этот процесс осуществляется в камере сгорания (КС). Тепло подводится за счет сгорания топлива, то есть преобразования химической энергии топлива в тепловую,
при этом температура рабочего тела возрастает от значения Тк* (за компрессором) до Тт* (на входе в турбину).
Реальный процесс в КС отличается от идеального наличием потерь давления от Р*к до Р*т . Потери давления в КС складываются из гидравлических потерь (потерь трения)
ипотерь от подвода тепла к потоку рабочего тела. Гидравилические потери в свою очередь можно разделить на составляющие потери:
- в диффузоре,- в кольцевых каналах, - на втекание воздуха в отверстия жаровой трубы и элементы фронтового устройства (ФУ), - на смешение струй.
Как видно из диаграммы, приведенной на Рис. 6_1, гидравлические потери частично компенсируются, т.к. работа трения преобразуется в тепло, которое возвращается в работу термодинамического цикла. Однако потери давления в КС приводят к уменьшению степени понижения давления газа в турбине и сопле и, соответственно, к уменьшению полезной работы и к.п.д. цикла.
Кроме потерь давления процессы в КС сопровождаются потерями тепла за счет его рассеивания в окружающее пространство и за счет неполного сгорания топлива.
Потери тепла в окружающее пространство по сравнению с количеством тепла,
подводимым к рабочему телу в. КС ТРД составляют 0.005...0.01%. А в ТРДД эти потери отсутствуют, т.к. тепло от корпуса КС подводится к воздуху наружного контура, и, таким образом, участвует в работе цикла.
Экономичность двигателя находится в прямой зависимости от полноты сгорания топлива. В современных ГТД процесс сгорания топлива в КС достаточно хорошо организован, поэтому полнота сгорания топлива в них достигает величины ηг = 0,995.. .0,999. При термодинамических расчетах двигателя тепло, подведенное к рабочему телу вычисляется сразу с учетом полноты сгорания топлива
вКС. Для увеличения эффективности двигателя и КС,
вчастности, на стадии проектирования решаются задачи по минимизации потерь.
-Подвод тепла в цикле ГТД
-площадь 2КГВ2 - сумма внешнего тепла и тепла трения, лежащая под линией КГ реального подвода тепла в КС (Q);
-площадь 2'К'Г32'- внешнее тепло (Q1), определенное тем же интервалом температур (Тг - Тк) с учетом полноты сгорания;
-площадь 2КГКУ2У- тепло трения в реальном процессе подвода тепла в КС
[Особенностью узла КС является то, что происходящие в нем процессы распыла топлива, перемешивания топлива с воздухом, горения топли-вовоздушной смеси, теплообмена - сложны. В связи с этим для получения требуемых характеристик КС требуется большой объем дорогих экспериментально-доводочных работ. Рабочий проект формируется в результате нескольких этапов расчетов и экспериментально-доводочных работ, в том числе - по подтверждению работоспособности смежных узлов, например, турбины.
23. Работа цикла ГТД.
На рис. 1.9 в Т—S-диаграмме показан идеальный рабочий цикл р = const турбореактивного двигателя, т.е.цикл, который мог бы быть осуществлен идеальным газом (газовая постоянная R и показатель адиабаты k остаются неизменными), без потерь в процессах сжатия, подвода тепла и расширения.
|
|
|
Будем также пренебрегать изменением массы рабочего тела, |
||||||
|
|
|
связанным с добавкой топлива и возможными утечками в проточной |
||||||
|
|
|
части. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для удобства выкладок будем использовать для характеристики |
||||||
|
|
|
состояния газа в характерных сечениях внутри двигателя (кроме |
||||||
|
|
|
сечений н и с) параметры заторможенного потока, что является |
||||||
|
|
|
условным.. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изоэнтропические процессы н—в (см. рис. 1.9) соответствуют |
||||||
|
|
|
сжатию в воздухозаборнике, а в—к—в компрессоре. Процесс |
||||||
|
|
|
подвода тепла характеризуется изобарой к—г. Изоэнтропический |
||||||
|
|
|
процесс расширения в турбине обозначен отрезком г—т, и |
||||||
|
Рис. 1.9. Т—S- |
расширение |
в |
реактивном |
сопле |
— |
отрезком |
т—с. |
|
диаграмма |
Термодинамический цикл н—к—г—с—н условно замыкается |
||||||||
|
идеального цикла |
изобарой рн = const, соответствующей атмосферному давлению и |
|||||||
|
|
|
характеризующей процесс отвода тепла от цикла. |
|
|
||||
Работа идеального цикла |
|
|
|
|
|
|
|||
По условию сохранения энергии, работа цикла равна разности теплот — подведенного |
|||||||||
(Q1) и отведенного (Q2) |
|
|
|
|
|
|
|
||
L Q Q |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Работа идеального цикла р = const Lt характеризуется в T-S-диаграмме площадью н—к—г—с, ограниченной кривыми процессов, так как должна быть равна разности подведенного тепла Q1 = сP (Т*Г -Т*К) , пропорционального площади н'—к—г—с', и отведенного тепла Q2 = ср (Тс - Тн) , пропорционального площади н'—н—с—с'.
Так как |
|
c |
|
|
|
k |
R |
|
, то работа цикла может быть записана в виде |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
p |
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
L Q Q |
|
|
k |
R T |
|
* |
T |
* |
T T |
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
R T |
|
* |
T |
|
T |
* |
|
T |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
t |
1 |
|
2 |
|
|
k 1 |
|
Г |
K |
|
|
C |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
Г |
|
|
|
|
C |
|
|
|
K |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Из термодинамики известно, что |
|
|
|
|
k |
|
R T * T |
|
|
|
L* |
|
— |
|
|
работа изоэнтропического сжатия, а |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
R |
|
|
H |
|
|
|
|
|
CS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
k |
R T |
* |
T |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Г |
|
L |
|
|
|
работа изоэнтропического расширения. Поэтому работу цикла (1.2) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
k 1 |
|
|
|
C |
|
|
CS — |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L L |
L |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
можно записать как разность работ изоэнтропического расширения и сжатия: |
|
* |
* |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
t |
PS |
CS |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Выразим работу цикла через его основные параметры и |
|
|
TГ* |
. Выражение (1.2) для Lt |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
TH |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
можно переписать так: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
T |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R T * 1 |
|
|
|
C |
T |
|
|
|
K |
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
k 1 |
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
T * |
|
|
|
H |
TH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Учитывая, |
что процессы |
изоэнтропических |
|
|
расширения |
и сжатия |
проис ходят |
между |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
одинаковыми уровнями давлений |
p |
* |
p |
|
|
|
и( |
pH |
|
|
pC )и, следовательно, |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T * Г |
|
|
|
|
|
T * |
|
|
p* |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TC |
|
|
|
|
|
TH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
можно |
|
получить |
окончательное |
|
|
|
|
выражение для работы идеального |
цикла через его |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
основные параметры: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
L |
|
|
|
RT |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
k 1 |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
24.Параметры турбины:
1) степень понижения давления
|
|
|
P |
* |
|
|
* |
|
|
||
|
ВХ |
||||
|
|
|
|||
|
СТ |
|
P |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЫХ |
||
; 2) количество ступеней z=1…8; 3)
количество каскадов z=1…3; 4) окружная скорость на внешнем диаметре uТ
; 5) КПД Т |
0,88...0,95 |
; 6) температура газа перед турбиной Т Г |
1400...1800К |
* |
|
* |
|
габариты.
350...450м / с
;7) масса и
25. Ступень турбины.
са рк
Как показано на рисунке , ступень осевой турбины состоит из неподвижного НА (обычно называемого сопловым аппаратом) и вращающего РК. Лопатки СА и РК образуют проточную часть ступени турбины, в которой газ, расширяясь, передает значительную часть своей энергии лопаткам рабочего колеса и далее на вал турбины.
Степень понижения давления в одной ступени турбины достигает π = 2,8 ... 3,2, что при начальной температуре на входе Тг1600 ... 1650 К позволяет получить в одной ступени турбины удельную работу, равную LT - 400 ... 500 кДж/кг. Однако для получения такой работы с высоким КПД требуется, чтобы окружная скорость рабочих лопаток турбины достигала значений Uт — 500 м/с и более. Поэтому рабочие лопатки турбины являются самым нагруженным элементом двигателя. В современных высокотемпературных ГТД требуемая работоспособность деталей и узлов турбины обеспечивается интенсивным охлаждением, чаще всего воздухом, отбираемым за последней ступенью компрессора.
У авиационных ГТД сложных схем используются многоступенчатые многовальные турбины, причем даже на одном валу, число ступеней может быть больше одной.
Удобство создания многоступенчатой конструкции является основным достоинством осевой турбины, что в сочетании с высоким КПД (у неохлаждасмой турбины до 0,94, у охлаждаемой 0,87-—0,89), сделало ее основным типом турбин в современных авиационных ГТД.
Основные параметры.
К числу основных параметров элементарной ступени осевой турбины, как и ранее для осевого компрессора, относятся две группы параметров. Первая группа — геометрические и газодинамические (в том числе кинематические), параметры профиля, скорости потока, числа М, углы поворота, углы атаки и отставания, конфузорность течения и др. Ко второй группе относятся специфические параметры, введенные и используемые в теории турбомашин — степень реактивности, коэффициент теоретической работы и коэффициент расхода. Параметры, относящиеся к охлаждению, составляют самостоятельную группу.