Задачи и способы регулирования осевого компрессора ГТД
Регулирование осевого компрессора применяется для обеспечения его устойчивой работы и высоких значений
на всех рабочих режимах двигателя.
В рассмотренных нами случаях первопричиной помпажа и помпажного срыва является возникновение и
развитие срыва потока со спинок лопаток компрессора. Поэтому основным способом предотвращения неустойчивой
работы (регулирования) компрессора в различных условиях эксплуатации является уменьшение углов атаки в тех
ступенях, где они оказываются близкими к критическим.
Основными способами регулирования являются:* —
перепуск части воздуха из средних ступеней в атмосферу;
поворот лопаток направляющих аппаратов одной или нескольких первых, а иногда и последних ступеней;
Перепуск воздуха из средних ступеней.
Этот способ регулирования средне- и высоконапорных компрессоров применяется, как правило, для
предотвращения нижнего помпажа или срыва при запуске, работе ГТД на пониженных режимах.
Схема осевого компрессора с перепуском воздуха изображена на рис.15. Перепуск происходит через
специальные окна, равномерно расположенные по окружности компрессора. Управление перепуском осуществляется
с помощью специальных лент или клапанов, закрывающих окна. Открытие и закрытие окон осуществляется системой
автоматического регулирования двигателя.
Как уже отмечалось, при уменьшении частоты вращения ниже расчетной углы атаки потока на первых ступенях
значительно возрастают и на них возникает срыв потока, который может привести к нижнему помпажному срыву или
помпажу компрессора. На последних ступенях углы атаки потока уменьшаются, что приводит к уменьшению
напорности и КПД этих ступеней. На рис.15 сплошной линией показаны треугольники скоростей на первых и
последних ступенях при пониженной частоте вращения ротора.
Открытие окон перепуска при
последних ступенях, когда углы атаки увеличены, появление помпажа или помпажного срыва произойдет при
меньшей частоте вращения ротора, чем при закрытых окнах. Следовательно, открытие окон перепуска увеличивает
устойчивость компрессора к нижнему помпажу (помпажному срыву) и снижает к верхнему.
Кроме того, при открытых окнах перепуска происходит выход в атмосферу части воздуха сжатого в первых
ступенях, поэтому происходит снижение мощности двигателя. Поэтому применение этого способа возможно только
при запуске двигателя и на режиме работы «малый газ», когда величина мощности двигателя не регламентирована.
При работе двигателя на режиме выше малого газа окна перепуска должны быть закрытыми.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Источник
5.8.Задачи и способы регулирования компрессоров гтд
Выше было показано, что при
Рис. 5.21. Схема осевого компрессора
с клапаном перепуска воздуха
Рис. 5.22. Изменение ΔКупоnпр в высоконапорном компрессоре
В то же время затрата дополнительной работы на сжатие воздуха, выпускаемого через систему перепуска, приводит к необходимости увеличения подачи топлива в двигатель для поддержания неизменной частоты вращения ротора ГТД и, соответственно, к увеличению температуры газов перед турбиной, что влечет за собой уменьшение объемного расхода воздуха через последние ступени компрессора. В результате осевые скорости воздуха в этих ступенях уменьшаются, а углы атаки увеличиваются, также приближаясь к расчетным, что приводит к увеличению напора и КПД последних ступеней. Таким образом, открытие клапана перепуска при пониженных значениях приводит к увеличению запаса устойчивости компрессора, увеличениюи к повышению КПД как первых, так и последних его ступеней.
Однако следует подчеркнуть, что положительный эффект перепуска наблюдается только при пониженном значении компрессора. При высокихсрыв потока возникает, прежде всего, в последних ступенях. Поэтому открытие клапана перепуска в этом случае из-за вызванного им увеличения углов атаки в последних ступенях приведет к более раннему срыву, т. е. не к увеличению, а к снижению запаса устойчивости.
На рис. 5.22 показан примерный характер изменения запаса устойчивости компрессора с большим, работающего в системе ТРД, при закрытом и открытом клапане перепуска. С точки зрения обеспечения максимального запаса устойчивости необходимо открывать клапан перепуска воздуха, как только приведенная частота вращения окажется меньшей, чем в точкеm. Однако непроизводительные затраты мощности на сжатие перепускаемого воздуха приводят к ухудшению экономичности двигателя при включении перепуска. Поэтому на практике значение, при котором открываются окна перепуска, обычно располагается левее точкиmи соответствует минимально допустимому запасу устойчивости при работе двигателя без перепуска.
Щелевой перепуск.Срыв потокаcлопатках первой ступени компрессора на границе устойчивости при
Рис. 5.23. Схема организации
кольцевого перепуска воздуха
Принцип работы устройства с кольцевой щелью состоит в следующем. При малых углах атаки повышение давления воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса происходит, в основном, в задней (по отношению к набегающему потоку) их части, т.е. ближе к задним кромкам лопаток. Так как кольцевая полость и, соответственно, щели смещены несколько вперед по отношению к рабочему колесу (рис. 5.23), то в месте расположения этих щелей давление практически не повышается, поэтому существенных течений в кольцевой области не наблюдается. Но по мере возрастания угла атаки давление воздуха всё в большей мере начинает повышаться в передней части межлопаточного канала, и при значительном увеличении угла атаки возникает интенсивное циркуляционное течение через кольцевую полость и периферийную часть РК, подобное изображенному на рис. 5.23. В результате проходное сечение для основного потока воздуха через РК уменьшается, осевые скорости увеличиваются, а углы атаки уменьшаются. В конструкции каналов щелевого перепуска могут иметься элементы, обеспечивающие закрутку выходящего из щели воздуха (в циркуляционном течении) в сторону вращения РК, что дает дополнительное уменьшение углов в периферийной части лопаток колеса.
Источник
Методы регулирования компрессоров
Регулирование может быть прерывистым (периодическое прекращение работы компрессора), ступенчатым и плавным; ручным или автоматическим.
Универсальные способы регулирования (применяемые для всех видов машин):
1) временная остановка компрессора,
2) изменение частоты вращения вала компрессора,
3) дросселирование на входе в компрессор,
4) перепуск газа из нагнетательной линии в подводящую линию (или в атмосферу).
Остановка одной или нескольких машин позволяет регулировать общую подачу компрессорной станции. При работе одиночного компрессора периодическая его остановка обеспечивает снижение подачи в среднем за период пуска. Остановка компрессора выполняется двумя способами: остановкой двигателя и отключением компрессора от работающего двигателя с помощью пневматических или электромагнитных муфт. Преимущество первого способа — прекращение расхода энергии с момента остановки агрегата. Преимущество второго способа — поддержание установившегося режима работы двигателя и упрощение автоматизации управления агрегата (редкие пуск и остановка осуществляются вручную). При частых остановках (обычно объемных машин) выявляется общий недостаток метода регулирования остановками — нарушение теплового режима компрессора, что приводит к неравномерному нагреву рабочих органов и заставляет устанавливать в машине повышенные зазоры, что нежелательно. Остановки и пуски можно делать редкими, но тогда необходимо иметь большой ресивер.
Изменение частоты вращения вала компрессора — универсальный способ изменения характеристики компрессора при условии, что двигатель допускает экономичное изменение частоты вращения. Способ применяется для компрессоров, имеющих привод от газовой или паровой турбины или от двигателя внутреннего сгорания, преимущественно от дизеля, допускающего большое изменение скорости вращения — около 50%. Частота вращения вала газомоторных компрессоров в небольших пределах регулируется автоматическим приспособлением. В случае привода от трехфазного электродвигателя возможно ступенчатое регулирование, если двигатель имеет переменное число полюсов. Однако этот двигатель имеет крупные габариты и высокую стоимость. Существует метод плавного регулирования асинхронных электродвигателей с фазовым ротором при помощи так называемого вентильного каскада. Эта схема нашла некоторое применение на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
Метод регулирования изменением частоты вращения вала компрессора наиболее экономичный. Исключение составляют некоторые типы роторных компрессоров. Например, в пластинчатом компрессоре удельный расход энергии при снижении частоты вращения вала повышается, так как относительные потери мощности от неплотности возрастают. Диапазон выгодного регулирования зависит от типа компрессора и формы кривой зависимости к. п. д. от частоты вращения и степени повышения давления.
При постоянной частоте вращения двигателя ступенчатое регулирование компрессора можно осуществлять при помощи коробки передач, что усложняет привод, а плавное — посредством гидродинамической муфты, что, однако, снижает экономичность регулирования почти до уровня, присущего дросселированию в потоке газа.
Дросселирование на входе в компрессор приводит к уменьшению плотности газа и, следовательно, к снижению подачи компрессора. Объемный расход газа , зависящий от степени повышения давления, при постоянном конечном давлении падает из-за увеличения e, что еще больше снижает количество подаваемого газа. Понижение давления перед компрессором при сохранении конечного давления вызывает возрастание конечной температуры, что может быть особенно опасным при работе на воздухе, содержащим пары масла. При перекачивании горючих газов разрежение при входе в компрессор может привести к подсасыванию из атмосферы воздуха вследствие негерметичности узла регулирования, к образованию полимерных соединений и взрывоопасных смесей. Дросселирование сопровождается увеличением удельного расхода энергии, что снижает эффективность его применения по сравнению с другими способами длительного регулирования.
Перепуск газа из нагнетательной линии в область всасывания — основное средство разгрузки компрессора при пуске. Если при этом нагнетательный трубопровод остается под давлением, то на нем устанавливают обратный клапан или задвижку. Дроссельный перепуск применяется в сочетании с другими методами ступенчатого регулирования.
Источник
Способы регулирования компрессора гтд
36%).Применение способа решает проблему топливной эффективности ГТД на больших скоростях полета, создает условия для возрождения сверхзвуковой гражданской авиации. » >
Изобретение относится авиадвигателестроению.
При эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) внешние условия (температура и давление воздуха на входе в двигатель) меняются, что ведет к изменению режима работы компрессора и двигателя в целом.
Известны способы регулирования осевых компрессоров:
применение двухкаскадных компрессоров (Теория воздушно-реактивных двигателей. Под ред. С.М. Шляхтенко. М.: «Машиностроение», 1975. С. 97);
изменение угла установки направляющих аппаратов (там же, с. 98÷99);
перепуск воздуха из средних ступеней (там же, с. 99÷101).
Общим недостатком перечисленных способов является то, что их применение не позволяет сохранить расчетный режим работы осевого компрессора в системе ГТД при изменении внешних условий.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка.
Известна установка для испытания газотурбинного двигателя с подогревом воздуха на входе, в которой подогрев воздуха осуществляется путем подмешивания выхлопных газов испытуемого двигателя (Э.Л. Солохин. Испытания воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Авиационные двигатели». М.: «Машиностроение», 1975. С. 132, рис. 3.16а).
Известен способ регулирования осевого компрессора в системе газотурбинной установки, заключающийся в подаче горячего газа, отбираемого из канала, расположенного за турбиной, в канал, расположенный между входным устройством и компрессором двигателя, в количестве, необходимом для поддержания заданной температуры газа на входе в компрессор (патент SU 2002043063 А1, МПК F02C 6/18, 18.04.2002).
Сущность изобретения заключается в том, что температура газа на входе в осевой компрессор ГТД поддерживается постоянной, равной температуре торможения воздуха на крейсерской скорости полета летательного аппарата, что обеспечивает постоянство режима работы компрессора независимо от внешних условий.
Поставленная цель достигается тем, что в ГТД с осевым компрессором горячий газ (продукты сгорания) забирается из канала, расположенного за турбиной, и подводится в канал, расположенный между входным устройством и компрессором, в количестве, необходимом для поддержания постоянной температуры газа на входе в компрессор, равной температуре торможения воздуха на крейсерской скорости полета летательного аппарата, которая как правило является максимальной скоростью полета.
Степень повышения давления газа в компрессоре определяется из условия прочности лопаток компрессора по формуле
где Тк * — допустимая температура газа за компрессором;
Тн * — температура торможения воздуха на крейсерской скорости полета ЛА;
ηк — коэффициент полезного действия компрессора.
На фиг. 1 изображена схема ГТД с осевым компрессором;
на фиг. 2 изображена характеристика осевого компрессора;
на фиг. 3 изображена скоростная характеристика ГТД;
на фиг. 4 изображена скоростная характеристика ГТД.
ГТД с осевым компрессором (фиг. 1) состоит из входного устройства 1, щелевого клапана 2, турбокомпрессора 3, выходного устройства 4. Щелевой клапан 2 представляет собой цилиндр с отверстиями, внутри которого находится другой цилиндр (с продольными щелями), поворот которого позволяет перекрывать (за счет изменения расположения щелей относительно отверстий) отверстия наружного цилиндра. Турбокомпрессор 3 состоит из осевого компрессора, камеры сгорания и турбины привода компрессора.
Способ регулирования осевого компрессора осуществляется следующим образом.
На крейсерской скорости полета ЛА клапан 2 закрыт (отверстия перекрыты), температура газа на входе в компрессор равна температуре торможения воздуха (исходная температура). При уменьшении скорости полета ЛА температура воздуха на входе в компрессор становится меньше исходной, что формирует сигнал на открытие клапана 2 (поворот внутреннего цилиндра). Горячий газ из канала, расположенного за турбиной, через открытые отверстия клапана 2 поступает в канал, расположенный между входным устройством и компрессором. В результате смешения воздуха и продуктов сгорания температура газа на входе в компрессор восстанавливается, но уже при новом положении клапана 2.
Аналогичным образом (за счет изменения количества подмешиваемого газа) происходит поддержание исходной температуры газа на входе в осевой компрессор при любом другом изменении внешних условий.
Сохранение исходной температуры газа Тв * на входе в осевой компрессор при неизменной частоте вращения n обеспечивает независимо от внешних условий неизменный (расчетный) режим работы компрессора: nпр=const; Gпр=const, и двигателя в целом: πк=const; πт=const; Tг * =const. Здесь:
— приведенная частота вращения ротора;
— приведенный расход воздуха.
На фиг. 2 показана характеристика осевого компрессора в системе ГТД. При данном способе регулирования компрессора рабочая линия вырождается в точку (РТ).
Преимуществом данного способа регулирования является то, что расход воздуха через двигатель и перепад давления на сопле изменяются пропорционально изменению полного давления воздуха на входе в двигатель, что обеспечивает лучшие, чем в известных ГТД, тягово-экономические характеристики двигателя на сверхзвуковых скоростях полета.
На фиг. 3 и фиг. 4 показаны скоростные характеристики ГТД (фиг. 1). Здесь — относительная тяга (тяга, отнесенная к стартовой тяге); ηо — общий коэффициент полезного действия двигателя; М — число Маха. При расчете характеристик заданы рабочие параметры ГТД: Тв * =485 К; Тг * =1800 К; πк=6,8; πт=2,85; , потери в элементах двигателя — стандартные.
Анализ характеристик показывает: а) двигатель способен выполнять бесфорсажный полет на скоростях М>2÷2,5; б) общий к.п.д. двигателя на крейсерской скорости полета М=2,5 составляет 43%, что выше, чем у лучших ТРДД (ηо
Применение способа решает проблему топливной эффективности ГТД на больших скоростях полета, создает условия для возрождения сверхзвуковой гражданской авиации.
приводит к увеличению запаса устойчивости компрессора, увеличению
и к повышению КПД как первых, так и последних его ступеней.
компрессора. При высоких
срыв потока возникает, прежде всего, в последних ступенях. Поэтому открытие клапана перепуска в этом случае из-за вызванного им увеличения углов атаки в последних ступенях приведет к более раннему срыву, т. е. не к увеличению, а к снижению запаса устойчивости.
, работающего в системе ТРД, при закрытом и открытом клапане перепуска. С точки зрения обеспечения максимального запаса устойчивости необходимо открывать клапан перепуска воздуха, как только приведенная частота вращения окажется меньшей, чем в точкеm. Однако непроизводительные затраты мощности на сжатие перепускаемого воздуха приводят к ухудшению экономичности двигателя при включении перепуска. Поэтому на практике значение
, при котором открываются окна перепуска, обычно располагается левее точкиmи соответствует минимально допустимому запасу устойчивости при работе двигателя без перепуска.
, зависящий от степени повышения давления, при постоянном конечном давлении падает из-за увеличения e, что еще больше снижает количество подаваемого газа. Понижение давления перед компрессором при сохранении конечного давления вызывает возрастание конечной температуры, что может быть особенно опасным при работе на воздухе, содержащим пары масла. При перекачивании горючих газов разрежение при входе в компрессор может привести к подсасыванию из атмосферы воздуха вследствие негерметичности узла регулирования, к образованию полимерных соединений и взрывоопасных смесей. Дросселирование сопровождается увеличением удельного расхода энергии, что снижает эффективность его применения по сравнению с другими способами длительного регулирования.
— приведенная частота вращения ротора;
— приведенный расход воздуха.
— относительная тяга (тяга, отнесенная к стартовой тяге); ηо — общий коэффициент полезного действия двигателя; М — число Маха. При расчете характеристик заданы рабочие параметры ГТД: Тв * =485 К; Тг * =1800 К; πк=6,8; πт=2,85; 
, потери в элементах двигателя — стандартные.
