Исследование дроссельных характеристик гтд, полученных расчетным методом
Цели работы:
1. Познакомиться с математической моделью, позволяющей реализовать приближенный аналитический метод получения дроссельных характеристик газотурбинного двигателя (ГТД).
2. Построить классические и интегральные дроссельные характеристики ГТД с заданными исходными данными.
3. Сравнить интегральные дроссельные характеристики cR (Ne) ГТД с различными параметрами рабочего процесса.
Общие положения
В
процессе эксплуатации авиадвигателей
возникает необходимость изменения
режима их работы (снижения мощности) в
диапазоне устойчивой работы от
максимального режима до режима малого
газа (МГ). Снижение мощности, называемое
дросселированием, обычно достигается
уменьшением расхода топлива, подаваемого
в камеру сгорания (КС). При этом за счет
увеличения коэффициента избытка воздуха
а снижается температура газа
на
выходе из КС. Это приводит, с одной
стороны, к снижению работы расширения
газа в газовой турбине (ГТ) и нарушению
баланса мощностей между турбиной и
компрессором (
),
уменьшению частоты вращения ротора
турбокомпрессора п,
снижению
степени повышения давления в компрессоре
,
уменьшению эффективной работы цикла
Le
и
расхода воздуха Мв,
следовательно,
к снижению мощности на валу свободной
турбины (СТ)
,
так
как:
,
где: Ne
–
эффективная
мощность ГТД;
–
КПД, учитывающий механические потери.
С
другой стороны –
уменьшение
и
ведет к снижению эффективного КПД
вследствие
уменьшения Le
и ухудшения теплоиспользования
(увеличение потерь теплоты с выходящими
газами из-за уменьшения
,
следовательно, увеличения температуры
истекающих газов
).
В результате снижается экономичность
двигателя, то есть увеличивается удельный
расход топлива се.
На
ухудшение экономичности ГТД также
влияет уменьшение КПД компрессора
и
свободной
турбины
следовательно, уменьшение степени
расширения газа в СТ
при удалении от расчетного режима работы
двигателя. Обычно дроссельные
характеристики (ДХ) представляют в виде
зависимостей Ne(n);
ce(n)
(рис.
1).
Для
сравнения ГТД по экономичности на
дроссельных режимах, удобно представить
ДХ в виде зависимости
(рис.
2), где
и
– отношение
удельного расхода топлива и эффективной
мощности на дроссельных режимах к их
значениям на расчетном (максимальном)
режиме соответственно.
|
Рис. 1. Дроссельные характеристики ГТД
|
Рис. 2. Дроссельные характеристики ГТД
|
Нижняя
граница относится к двигателям с большими
значениями
и
на расчетном (максимальном) режиме
работы двигателя. Такие двигатели
экономичнее, так как увеличение
и
ведет к увеличению эффективного КПД
как
на расчетном, так и на дроссельных
режимах. Кроме того, «горячие» двигатели
(с большими значениями
)
менее чувствительны к снижению
и
при дросселировании.
Немного
повысить экономичность ГТД можно
увеличением нагрузки на валу СТ во время
дросселирования. При этом уменьшается
частота вращения ротора СТ
и рабочая точка на характеристике СТ
перемещается в зону больших значений
КПД СТ
.
Дроссельные характеристики ГТД могут быть получены экспериментальным путем, в процессе специальных испытаний, или расчетным способом, с использованием характеристик отдельных узлов двигателя. ДХ, полученные расчетным способом, уступают по точности ДХ, полученным экспериментально, но их получение требует меньших затрат времени и средств. Расчетным способом также можно получить ДХ вновь проектируемых двигателей.
Основная сложность при расчете ДХ заключается в том, что необходимо иметь характеристики отдельных узлов двигателя с нанесенными на них линиями рабочих режимов (ЛРР) в соответствии с заданной программой регулирования. Получение таких характеристик, в свою очередь, – процесс трудоемкий и дорогостоящий.
Для приближенной оценки экономичности двигателя при дросселировании при минимуме информации о двигателе с достаточной точностью можно применить предлагаемый ниже приближенный аналитический метод расчета ДХ.