книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 2 Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства
.pdfГлава 7. Форсажные камеры
-двух форсунок 1 и 2 для подачи топлива, одна из которых 1 расположена перед основной КС, вторая 2 - за турбиной на корпусе 3 смесите ля подает топливо во внутренний его контур. Форсунки в окружном направлении расположе ны таким образом, что топливный факел от пер вой форсунки попадает непосредственно в место впрыска топлива второй форсункой с учетом крутки потока в турбине;
-дозатора 4, входящего в САУ двигателя
иподающего топливо в форсунки по предвари тельно выбранной программе;
- датчиков 5 контроля наличия пламени
вФК;
-топливоподводящих трубопроводов 6. Розжиг ФК происходит в следующей последо
вательности:
- ручка управления двигателем (РУД) уста навливается в диапазон форсированных режимов (в САУ поступает сигнал от датчика положения
РУД); - в случае нахождения газогенератора на
дроссельном режиме частота вращения ротора ВД достигает определенной величины, соответ ствующей максимальному бесфорсажному или близкому к нему режиму для данных полетных условий (в САУ также поступает сигнал);
-для парирования возникающих при вклю чении ФК возмущений с целью обеспечения га зодинамической устойчивости компрессора ре гулятор сопла увеличивает площадь его критиче ского сечения на определенную, предварительно выбранную величину (критерий - сигнал, посту пающий в регулятор сопла от датчика, измеряю щего перепад давления газа на турбине);
-подкачивающий насос подает топливо в ре гулятор расхода форсажного топлива;
-регулятор расхода форсажного топлива до зирует его в пусковой коллектор ФК в количест ве, соответствующем минимальному форсиро ванному режиму для данных полетных условий. Обычно это 8 ... 12 % от расхода форсажного топ лива в этих полетных условиях на полном форси рованном режиме, но не ниже минимально до пустимого расхода, обеспечивающего необходи мый перепад давления топлива на форсунках;
-на форсунках пускового коллектора дости гается определенный, заранее выбранный, пере
пад давления топлива (над давлением газа в ФК) - в САУ поступает сигнал от специального датчика, контролирующего уровень этого пере пада;
- дозатор системы «огневая дорожка» подает топливо в ее форсунки, как правило, несколькими циклами (с отключением или неотключением по следующих циклов в случае розжига ФК), с опре
деленным временным интервалом между ними (около одной секунды). Обычно в дозатор систе мы «огневая дорожка» подается недозированное топливо для исключения снижения режима основ ного контура двигателя при розжиге ФК;
-датчики контролируют наличие пламени
вФК, после чего в САУ снимается так называе мая «блокировка по розжигу», и значение расхо да топлива в ФК устанавливается соответственно
положению РУДа, режиму работы двигателя
иполетным условиям.
Вкачестве датчиков контроля наличия пламе ни в ФК могут быть использованы оптические или ионизационные датчики. Последние наибо лее часто применяются в современных двигате лях. Для повышения надежности работы систе мы могут применяться два датчика контроля на личия пламени в ФК.
Ионизационный датчик пламени представляет из себя полый металлический стержень, чувстви тельная часть которого расположена в циркуляци онной зоне стабилизатора пламени, соответст вующего пусковому коллектору, и электроизолирована от корпуса ФК. При наличии пламени
вФК в цепи датчика между стержнем датчика
икорпусом ФК возникает ионизационный ток, ис пользуемый в качестве сигнала для САУ.
7.6.2. Управление ФК на режимах приемистости и сброса
Управление работой ФК на одном из перемен ных режимов, в процессе розжига, подробно рас смотрено в подразд. 7.6.1. Управление работой ФК в процессе других переменных режимов должно обеспечить надежный режим горения в ФК и устойчивую работу компрессора при включении коллекторов форсажного контура.
При приемистостях, после розжига ФК и сня тия «блокировки по розжигу», расход форсажно го топлива увеличивается до значения, соответ ствующего положению РУДа, режиму работы двигателя (давлению воздуха за компрессором)
иполетным условиям (температуре воздуха на входе в двигатель).
Темп увеличения расхода форсажного топли ва в процессе приемистости задается регулято ром расхода. Темп предварительно выбирается
иможет регулироваться в эксплуатации.
Кроме этого, в процессе приемистости регу лятор сопла параллельно для парирования возни кающих при включении коллекторов форсажно го контура возмущений, с целью обеспечения ус тойчивой работы компрессора (обычно по уровню перепада давления газа на турбине), уве личивает площадь критического сечения сопла
146
от требуемого программного значения на стати ческих режимах в данных условиях на опреде ленную, предварительно выбранную, величину. Эта величина также может регулироваться в экс плуатации регулировочным винтом.
При сбросе в диапазоне форсированных ре жимов для предотвращения погасания ФК син хронизируются темп уменьшения площади кри тического сечения реактивного сопла и темп сни жения расхода форсажного топлива. При этом темп уменьшения площади критического сече ния реактивного сопла в процессе сброса режима определяется быстродействием испольнительного механизма регулятора сопла, а темп снижения расхода форсажного топлива определяется регу лятором расхода форсажного топлива. Темп предварительно выбирается при доводке ФК
всоставе двигателя и может быть отрегулирован
вэксплуатации.
При встречных приемистостях, как в диапазо не форсированных режимов, так и при сбросе ре жима на бесфорсажный с последующим его уве личением до форсированного, действуют оба ме ханизма, описанные выше.
7.6.3. Управление ФК на стационарных режимах
Управление ФК на стационарных режимах включает в себя:
-дозирование суммарного расхода форсаж ного топлива в зависимости от положения РУДа, режима работы двигателя и полетных условий;
-распределение отдозированного суммарно го расхода форсажного топлива в соответствии
спринятой программой по дозаторам (группам коллекторов) ФК с целью равномерного распре деления форсажного топлива по сечению ФК во всей области эксплуатации двигателя;
-распределение расхода форсажного топли ва данного дозатора в соответствии с принятой программой между всегда работающим «высот ным» коллектором данной группы и «земным» коллектором, который работает только при боль ших расходах топлива на низких высотах. Рас пределение происходит с помощью агрегатов распределения топлива;
-автоматическое снижение режима работы
ФК (аварийное выключение ФК). Например, в случае поступления в САУ сигнала от датчиков о возникновении вибрационного горения. При этом критический уровень вибрационнного горе ния (уровень срабатывания защиты) задается обычно по величине двойной амплитуды пульса ций давления газа в ФК, выбранной эксперимен тально на стадии доводки.
Англо-русский словарь-минимум
Контрольные вопросы
1.Что такое степень форсирования двигателя?
2.Что такое суммарный коэффициент избыт ка воздуха?
3.Для чего предназначен диффузор форсаж ной камеры?
4.Для чего в форсажной камере образуются циркуляционные зоны?
5.Каким образом обеспечивается гашение пульсаций давления газа в форсажной камере?
6 . В чем различие условий применения фор
сажных камер в ТРДФ и ТРДЦФ?
7.Как осуществляется стабилизация пламени
вфорсажной камере?
8. Какие системы розжига применяются
вфорсажных камерах современных двигателей?
9.Поясните принцип розжига форсажной ка меры с помощью «огневой дорожки».
10.Каким образом обеспечивается охлажде ние корпуса форсажной камеры?
Англо-русский словарь-минимум
afterburner (augmentor) - форсажная камера
afterburner (augmentor) control unit - система регулирования форсажной камеры
afterburner (augmentor) thrust - тяга двигателя на форсиро ванных режимах
air - воздух
airflow - расход воздуха
air-to-fuel ratio - коэффициент избытка воздуха
air-to-fiiel stoichiometric ratio - стехиометрический коэффи циент
annular afterburner - форсажная камера с кольцевыми стаби лизаторами пламени
burning - горение, сжигание
bypass ratio - степень двухконтурности двигателя combustion - горение, сгорание
combustion efficiency - полнота сгорания топлива combustion stability - стабильность горения cooling - охлаждение
diffuser - диффузор
dome - фронтовое устройство
dry thrust - тяга двигателя на бесфорсажных режимах engine thrust - тяга двигателя
exit nozzle - реактивное сопло flame - пламя
flame stabilizer - стабилизатор пламени fuel - топливо
fuel distribution - распределение топлива fuel manifold - топливный коллектор fuel nozzle - топливная форсунка
fuel supply - подача топлива ignition - воспламенение
147
Глава 7. Форсажные камеры
interconnecter - пламеперебрасывающий патрубок life - ресурс
middle section diameter - миделевый диаметр mixer - смеситель
overhaul period - межремонтный ресурс pressure - давление
radial afterburner - форсажная камера с радиальными стаби лизаторами пламени
temperature - температура
total pressure loss - суммарные потери полного давления
Список литературы
7.1.Стенькин Е.Д. Тепловые потери полного давления
вгазовом потоке / Е.Д. Стенькин, Б.Д. Фишбейн // Некото рые вопросы проектирования и доводки авиационных газо турбинных двигателей: сб. науч. тр. - Самара: Изд-во КуАИ, 1970.-В ы п . 45.
7.2.ROLLS-ROYCE pic, The Jet engine, 1996.
7.3.Костерин В.А. О распространении боковых струй
всносящем потоке / В.А. Костерин, И.П. Мотылинский. Труды КАИ. - Казань, 1968. - Вып. 98.
Глава 8
ТУРБИНЫ ГТД
В простом термодинамическом цикле ГТД на участке Г-Т (рис. 2.1) происходит расширение рабочего тела с давления Р4* за камерой сгора ния (КС) до давления л ; перед выходным уст ройством. Этот процесс (рис. 8.1) осуществляет ся в турбине (рис. 8.2 ) - лопаточной машине, преобразующей потенциальную энергию газа (сжатого в компрессоре и нагретого за счет сжи гания топлива в КС) в механическую работу на валу турбины.
Преобразование энергии происходит в непод вижном лопаточном венце 1 (рис. 8.3) соплового аппарата (СА) и вращающемся лопаточном венце 2 рабочего колеса (РК). СА состоит из сопловых лопаток (СЛ), а рабочее колесо - из рабочих лопа ток (РЛ). Эти лопатки вместе с деталями корпуса 3 образуют проточную часть турбины.
На диаграмме хорошо видно отличие идеаль ного процесса расширения газа (точки 41-415 js) от реального (точки 41-415). Идеальный процесс (происходящий без увеличения энтропии) назы вают еще изоэнтропическим процессом (с индек сом is).
На диаграмме видно также влияние охлажде ния статора (соплового аппарата) и ротора (рабо-
Рис. 8.1. Термодинамический процесс расширения
в турбине
чего колеса). Предполагается, что в результате подвода охлаждающего воздуха происходят про цессы смешения потоков газа и охлаждающего воздуха в СА (процесс 4-41) и в РК (процесс 415-45).
8.1. Общие вопросы проектирования турбин
Коэффициент полезного действия турбины
Диаграмма энтальпия-энтропия дает возмож ность определить коэффициент полезного дейст вия (КПД) турбины как отношение удельной (от несенной к единице расхода газа) работы турби ны в процессе реального расширения АН* к идеальной (располагаемой) удельной работе AH*s, которую можно получить в изоэнтропическом процессе расширения до того же давления на выходе.
Вкинематике турбинной ступени скоростям перед СА (рис. 8.4) присваивается индекс 0, на выходе из СА - индекс 1, а скоростям на выходе из РК - индекс 2. Газ входит в СА со скоростью С0, а выходит из СА с увеличенной (за счет паде ния статического давления) скоростью С, и уг лом а, к плоскости решетки (плоскости враще ния РК).
ВРК (окружная скорость вращения на сред нем диаметре - U) газ попадает уже с относитель
ными параметрами - скоростью Wx и углом Р,. Из РК газ выходит тоже с относительными ско ростью W2и углом Р2, которые затем в абсолют ном движении (для следующей сопловой лопат
ки или |
выходного |
устройства) превращаются |
в скорость С2 и угол а 2. |
||
При |
обтекании |
непосредственно профиля |
(рис. 8.5) возникает разница скоростей (и, соот ветственно, статических давлений) потока на ко рыте и спинке. На более протяженной спинке уровень скорости (число Маха) существенно вы ше, чем на корыте. Соответственно уровень ста тического давления на корыте выше, и эта разни ца давлений на корыте и спинке создает окруж ное усилие (вращающий момент) на РК.
Углы выхода из СА и РК определяются угла ми выхода лопаточных решеток, а углы (3, и а 2 определяются из построения треугольников ско ростей с учетом окружной скорости вращения РК - в соответствии с треугольниками скоростей, которые являются основой определения работы и КПД турбинной ступени. Треугольники скоро-
149