3. Уравнения энергии узлов ГТД

У-е сохранения энергии:

Сечение 1-1: ; Сечение 2-2 :.

–полная энергия

у-е Менделеева-Клапейрона

у-е Майера

От сечения 1-1 к 2-2:

Где с_v-удельная теплоемкость, с_p- удельная теплоемкостьпри постоянном давлении, T- абсолютная температура, V- удельный объем, с- абсолютная скорость.

Полная энергия газового потока на выходе из рассматриваемого узла (сечение 2-2) больше(меньше) полной энергии на входе на величину, сообщенной(отведенной) энергии между рассматриваемыми сечениями.

Подведенная(отведенная) в виде Q или L энергия изм на увеличение(уменьшение) кинетической и потенциальной энергии газового потока.

Характерные сечения : Н-Н – невозмущенный поток воздуха. В-В – выход воздуха из СВУ(ВУ). К-К – выход воздуха из компрессора. Г-Г – выход из ОКС двигателя. Т-Т – выход из газовой турбины .С-С – выход из реактивного сопла.

У-е сохранения энергии для ВУ:

Кин. энергия входящего потока преобразуется в потенц. энергию потока газа

У-е сохранения энергии для компрессора:

Подведенная энергия расходуется для повышения потенц. энергии

У-е сохранения энергии для ОКС:

Подведенная энергия расходуется для повышения потенц. энергии

У-е сохранения энергии для газовой турбины:

Потенц. энергия газового потока преобразуется в механическую работу на валу турбины.

У-е сохранения энергии для реактивного сопла:

Потенц. энергия перепада давлений преобразуется в кин. энергию вытекающей струи газа

7. Принцип работы Сверхзвукового входного устройства.

Изменение скорости и давления в скачках уплотнения СВУ.

Из данного рисунка следует, что в первом и втором косых скачках уплотнения скорость воздушного потока скачкообразно возрастает. После замык-го прямого скачка устанавливается дозвуковая скорость течения. Для повышения устойчивости работы воздухозаборника канал его профилируют как сопло Лаваля, т.е. вначале сужающимся а затем расширяющимся. Площадь наименьшего сечения(горла) делают равной критической.

10) Принцип работы ступени осевого компрессора

К рабочему колесу воздух подходит с абсолютной скоростью С. Лопатки рабочего колеса перемещаются с окружной скоростью V, скорость воздуха относительно лопаток W равна геометрической разности скоростей С и U. На расчетном режиме вектор W образует с направлением передних кромок лопаток небольшой угол атаки α. Лопатки рабочего колеса спрофилированы так. что между двумя соседними лопатками образуются криволинейные диффузорные канал . Направление относительной скоростиW на выходе из рабочего колеса совпадает с направлением задних кромок лопаток. Вследствие диффузорности межлопаточных каналов относительная скорость воздуха в рабочем колесе уменьшается, а статическое давление и температура возрастают (рис 2.1). Величина и направление абсолютной скорости , на выходе из рабочего колеса определяются в результате геометрического сложения скоростей, и U. Со скоростью, воздух поступает в направляющий аппарат.

В направляющем аппарате направления потока на входе и на выходе из ступени примерно совпадают. В диффузорных межлопаточных каналах направляющего аппарата за счет снижения скорости воздуха происходит дальнейшее повышение его давления и температуры. Подвода энергии к воздуху в направляющем аппарате нет. поэтому полное давление (при отсутствии потерь) остаётся неизменным.

11) Неустойчивая работа осевого компрессора При отклонении режима работы компрессора от расчетного картина течения воздуха в межлопаточных каналах нарушается. Рассмотрим, к чему это приводит. При расчетной частоте вращения и расчётном расходе воздуха степень повышения давления и углы атаки на лопатках рабочих колес также имеют расчётные значения (рис. 4.1).

Если при той же частоте вращения с помощью дроссельной заслонки увеличивать расход воздуха, то режим работы компрессора на его характеристике будет смещаться вниз по напорной кривой, удаляясь от границы помпажа.

Углы атаки на лопатках рабочих колёс будут уменьшаться и могут даже стать, отрицательными (рис. 4.2). При этом на корытцах лопаток образуются вихревые срывы потока. Под действием сил инерции вихри прижимаются к лопаткам и не распространяются по потоку. Однако степень повышения давления и КПД компрессора при этом уменьшаются вследствие затрат энергии на образование вихрей.. Если же при расчётной частоте вращения с помощью заслонки уменьшить расход воздуха по сравнению с расчётным, то режим работы компрессора будет смещаться по напорной кривой к границе устойчивой работы. Углы атаки на лопатках рабочих колёс увеличиваются (рис. 4.3) и на спинках лопаток образуются вихревые срывы потока Под действием сил инерции вихри отрываются от лопаток, загромождают межлопаточные каналы и могут вызвать неустойчивую работу компрессора. Аналогичная картина имеет место и в спрямляющих аппаратах компрессора. Из-за наличия погрешностей изготовления и установки лопаток срывы потока возникают не на всех лопатках одновременно. Потерн энергии на образование вихрей приводят к снижению давления в зоне срыва. Поэтому воздух, сжатый нормально работающими лопатками, через зоны срыва прорывается навстречу основному потоку. Это вызывает растекание воздуха в сторону от зоны срыва (рис. 4.4). В результате углы атаки на лопатках, расположенных на рисунке выше зоны срыва, увеличиваются и срыв распространяется на эти лопатки. На лопатках, расположенных на рисунке ниже зоны срыва, углы атаки уменьшаются и срывы прекращаются. Поэтому возникшие срывные зоны в рабочем колесе или в направляющем аппарате будут перемещаться в окружном направлении. Такое явление называется вращающимся срывом.

До определённого расхода воздуха компрессор может работать устойчиво даже при наличии развитого срыва в какой-либо ступени. Однако вращающийся срыв может вызвать опасные колебания лопаток, поэтому работа на таких режимах нежелательна.

Дальнейшее уменьшение расхода воздуха приводит к тому, что напорная кривая на характеристике компрессора достигает границы помпажа. Таким образом, количественное изменение расхода воздуха через компрессор приводит к качественному изменению режима его работы.

Механизм этого процесса следующий. Уменьшение расхода воздуха увеличивает срывные явления в ступени, где они возникли. Усиливающиеся обратные течения воздуха через зоны срыва дросселируют предыдущий лопаточный вевец. Осевые скорости воздуха в нем уменьшаются, углы атаки на лопатках растут, и срыв возникает в этом венце. Из-за наличия обратных течений через зоны срыва расход воздуха через последующий лопаточный венец тоже уменьшается. Поэтому уменьшаются осевые скорости, растут углы атаки и возникают срывы потока на лопатках последующего лопаточного венца. В результате за доли секунды срыв распространяется на все ступени компрессора.

Из-за наличия развитых срывов происходит перетекание воздуха через срывные зоны на вход в компрессор. Расход воздуха через камеру сгорания и перетекание воздуха на вход в компрессор приводят к снижению давления за компрессором. Сопротивление течению воздуха через компрессор уменьшается, и расход воздуха увеличивается. Углы атаки на лопатках при этом уменьшаются, и срывы исчезают. Давление за компрессором начинает увеличиваться. Вследствие роста давления за компрессором сопротивление течению воздуха возрастет, осевые скорости воздуха уменьшаются, углы атаки возрастают, и опять возникают интенсивные срывы, распространяющиеся на весь компрессор. Рассмотренные выше явления повторяются. Такой автоколебательный процесс, сопровождающийся сильными пульсациями давления в расхода воздуха, носит название помпажа компрессора.

В рассмотренном случае помнаж возникает при знач!ггельном уменьшении расхода воздуха через компрессор и постоянной частоте вращения ротора. Однако в газотурбинном двигателе с постоянной геометрией проточного тракта невозможно изменить расход воздуха через компрессор, не изменив частоту вращения ротора.