Тема №12 АД. Лекция Общие сведения о компрессорах. Учебные и воспитательные цели в результате изучения данной темы студенты должны

• Название: Лекция Общие сведения о компрессорах. Учебные и воспитательные цели в результате изучения данной темы студенты должны
• Дата: 04.10.2021
• Размер: 1.78 Mb.
• Имя файла: Тема №12 АД.docx
• Тип: Лекция; #241128
• страница: 3 из 5

Регулирование компрессора поворотом лопаток

Поворот лопаток направляющих аппаратов компрессора позволяет поддерживать близкие к расчетным углы атаки на лопатках ротора во всём диапазоне эксплуатационных режимов.

Как было указано выше, при n_пр < n_{пр р}, углы атаки на лопатках первых ступеней увеличиваются, а на лопатках последних ступеней – уменьшаются. Повернём лопатки направляющих аппаратов первых ступеней на уменьшение площади проходных сечений. Углы атаки на лопатках этих направляющих аппаратов уменьшатся. В результате изменения величины и направления абсолютной скорости С₁ на выходе из направляющего аппарата можно сохранить неизменными углы атаки на лопатках последующих рабочих колёс (рис.12).

Для сохранения расчетных углов атаки на лопатках рабочего колеса первой ступени перед ними устанавливается входной направляющий аппарат (BHA) с поворотными лопатками. Для сохранения расчётных углов атаки
на лопатках последних ступеней при n_пр < n_{пр р} лопатки направляющих аппаратов надо поворачивать на увеличение площадей проходных сечений.

Средние ступени компрессора практически не требуют регулирования, так как углы атаки на них α при снижении n_пр изменяются незначительно.


первые ступени последние ступени

Рис.12.
В настоящее время существуют двигатели, у которых регулируются лопатки:

• 
  входного направляющего аппарата компрессора;
  
• 
  направляющих аппаратов нескольких первых ступеней компрессора;
  
• 
  направляющих аппаратов нескольких первых и нескольких последних ступеней компрессора.
  

Регулирование только ВНА не всегда исключает необходимость перепуска воздуха. При регулировании нескольких первых ступеней надобность в перепуске отпадает. Наибольший эффект даёт одновременное регулирование первых и последних ступеней. Поворот лопаток осуществляется от одного общего привода в зависимости от n_пр. Недостатком такого способа регулирования является усложнение конструкции
и увеличение массы компрессора.

Поворот рабочих лопаток также может служить средством приближения углов атаки на нерасчетных режимах к их расчетным значениям. Но в конструктивном отношении он значительно более сложен и в настоящее время практически не применяется.

Регулирование компрессора применением двухкаскадной схемы.

Эффективным способом регулирования является применение двухвальных компрессоров. Двухвальный двигатель имеет два ротора – ротор низкого давления и ротор высокого давления, расположенные на соосных валах. Между роторами существует только газодинамическая связь. Следовательно, высоконапорный компрессор заменяется двумя последовательно расположенными компрессорами меньшей напорности.

Отношение частоты вращения РВД n₂ к частоте вращения РНД n₁, называется скольжением роторов s. На расчётном режиме n₁ и n₂ отличаются незначительно и s = 1.

Представим, что роторы соединены между собой. Тогда двигатель будет вести себя как одновальный. При снижении n_пр углы атаки на первых ступенях увеличиваются, на последних – уменьшаются. На большинстве рабочих режимов соотношение мощностей турбин низкого и высокого давления остаётся постоянным. При соединённых роторах на пониженных n_пр компрессор низкого давления потребляет больше мощности, чем дает турбина низкого давления. Недостающую мощность он получает от турбины высокого давления, так как на ней есть избыток мощности сверх необходимой для привода компрессора высокого давления.

Если теперь разъединить роторы, то соотношение мощностей на каскадах компрессоров и турбин не изменится. Поэтому частота вращения ротора низкого давления n₁ уменьшится по сравнению с частотой вращения аналогичного одновального двигателя, а частота вращения ротора высокого давления n₂ увеличится и скольжение роторов s возрастёт. Расход воздуха через двигатель при этом практически не изменится, так как снижение n₁ компенсируется увеличением n₂.

Такое изменение частот вращения роторов двухвального двигателя при n_пр<n_прр на первых ступенях уменьшает углы атаки и повышает запас устойчивости, а на последних – увеличивает углы атаки, повышает напорность и КПД компрессора (рис. 13).

Рис.13

первые ступени последние ступени
Таким образом, компрессоры двухвальных ГТД обладают свойством саморегулирования, что обеспечивает их устойчивую работу во всём диапазоне рабочих режимов и высокие значения КПД. Наличие этих качеств и обеспечивает широкое применение двухвальных двигателей.

Вывод: Выбор способа регулирования многокаскадных (двухвальных) компрессоров зависит от многих факторов, среди которых первостепенное значение имеют расчетное значение n_пр, принципиальная схема ГТД и его назначение. При этом могут использоваться сочетания представленных выше способов регулирования компрессора.
Вопрос № 3. Основные правила эксплуатации компрессоров
Безотказная работа двигателя во многом зависит от исправности узлов, агрегатов и деталей компрессора. Для поддержания компрессора в исправном состоянии необходимо выполнять все работы согласно ЕРТО 9-12
и инструкции по эксплуатации.

Осмотр и проверка состояния узлов и деталей компрессора производятся:

- каждая предварительная подготовка – наземным техническим экипажем;

- во время производства полётов каждая предполётная, послеполётная
и подготовка к повторному вылету – техником самолёта;

- в процессе выполнения ЦОПов – техническим экипажем;

- в процессе выполнения регламентных работ – специалистами групп регламентных работ по двигателю (ДРААД) ТЭЧап.

При выполнении осмотров и работ на двигателе необходимо следить за:

- отсутствием льда на коке, стойках ВНА КНД;

- загрязнением, обледенением и механическими повреждениями чувствительных элементов термодатчиков;

- отсутствием повреждений на лопатках компрессора.

Лопатки компрессора осматриваются специальными приборами
ЭЛЖ-1М – авиаскоп – через специальное смотровые окна.

Возможные неисправности. Повреждения лопаток компрессора (забоины, сколы, трещины, деформации), следы топлива и масла на лопатках компрессора, разрегулировка положений ВНА КНД и НА 1-й, 2-й и 3-й ступеней КВД по режимам работы.

Величина забоины и её местоположение определяется специальным прибором ЭЛЖ-1М.

Забоины регламентируются не только по величине, но и по месту их расположения. Опаснее всего появление забоины в прикомлевой части (у замка).

В процессе эксплуатации двигателей возникают отказы и неис­правности, вызванные:

• 
  механическими повреждениями проточной части посторонними предметами;
  
• 
  усталостными разрушениями элементов конструкции;
  
• 
  эрозионным (абразивным) износом лопаток компрессора;
  
• 
  изменением поля температур и давлений газа перед турбиной;
  
• 
  отказами агрегатов топливопитания и регулирования;
  
• 
  работой двигателя в помпажном режиме;
  
• 
  конструктивными, производственными и эксплуатационными причинами.
  

Компрессор.

Опыт эксплуатации ГТД показывает, что основными неисправностями компрессора, связанными с попаданием в него посторонних предметов, являются вмятины, забоины и трещины лопаток. Усталостное разрушение лопаток происходит вследствие возникновения в них высоких переменных напряжений, вызванных попаданием лопаток в резонансный режим колебаний.

В компрессорах двигателей некоторых типов наблюдается повышенный износ лабиринтных уплотнений. Помимо возможности заклинивания ротора при разрушении уплотнений, износ приводит к ухудшению параметров компрессора, снижению запаса его устойчивости по помпажу, увеличивает утечки воздуха и может привести к нарушению баланса осевых сил, действующих на ротор, и как следствие к увеличению осевого усилия на упорном подшипнике.

Были зафиксированы случаи образования трещин на лопатках входного направляющего аппарата и разрушения лопаток компрессора, расположенных непосредственно за клапанами перепуска воздуха. Разрушение носило усталостный характер и начиналось с образования трещин на входной кромке лопатки.

Вывод: в данном вопросе мы изучили основные правила эксплуатации компрессоров.

III. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ – 10 мин.
После рассмотрения всех вопросов спросить курсантов все ли им было понятно. Ответить на возникшие вопросы.

Проверить степень усвоения материала путем проведения устного опроса.

Подвести итоги опроса, степени усвоения материала занятия, отметить активность курсантов. Подвести итоги занятия.

Дать задание на самоподготовку: отработать конспект лекций, изучить рекомендованную литературу.
Литература:

1. Лебедев А.А. «Основы авиационной техники», ч. I, – М.: Воениздат, 2007 г.

2. Тихомиров Ю.П. «Основы конструкции и эксплуатации авиационного турбореактивного двигателя», М.: Воениздат, 1972 г.

3. Нечаев Ю.Н. «Теория авиационных двигателей», – М.: Воениздат, 2006 г.


Методическую разработку составил

преподаватель

майор

А.Овчинников
Лекция №3. Основная камера сгорания ГТД.
Учебные и воспитательные цели:

- изучить назначение камер сгорания ГТД, основные параметры и требования к ним, организацию процесса горения в основной камере сгорания, особенности организации процесса горения в форсажной камере сгорания.
Место проведения: класс
Учебное время: 2 часа
Учебно-материальное обеспечение:

1. Мультимедийное оборудование

2. Комплект слайдов по данной теме

№	Структура занятия	Время (мин)
I.	Вводная часть	12
II.	Основная часть	70
1.	Организация процесса горения в основной камере сгорания	20
2.	Конструкция, крепление и охлаждение кольцевой камеры сгорания	25
3.	Конструкция форсунок, коллекторов и запального устройства	25
III.	Заключительная часть	8

Литература:

1. Теория авиационных двигателей, ч. 1. Учебник для ВУЗов ВВС. Ю.Н.Нечаев, Р.М.Федоров, В.Н.Котовский, А.С.Полев. Под редакцией Ю.Н.Нечаева. – М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 2006. – 366 с.

2. Теория авиационных двигателей. Под редакцией Ю.Н.Нечаева. – М.: Воениздат, 1980. – 415 с.

3. Камера сгорания двигателя Р25-300: Методические указания к лабораторным работам по разделу «Авиационные двигатели»/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. М.М.Биглов, М.Ф.Гилязов, Ф.З.Ибатуллин, Н.Ю.Суворов. Уфа, 1997. – 22 с.

I. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ – 12 минут
Принять рапорт дежурного, при этом обратить внимание на правильность выполнения строевых приемов, форму рапорта и подготовленность класса к занятиям.

Проверить наличие студентов (курсантов) по списку журнала учета успеваемости, обратить внимание на внешний вид студентов (курсантов). Дать задание командиру взвода выявить причины отсутствия студентов (курсантов). Оформить журнал учета успеваемости.

Занятие необходимо проводить с использованием наглядных пособий.
II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ – 70 минут
Довести учебную цель, вопросы, выносимые на данное занятие.

Вопрос №1. Организация процесса горения в основной камере сгорания.


Рис 1 Цикл работы ГТД

Назначение камеры сгорания.

Камера сгорания (КС) предназначена для подвода к потоку воздуха, сжатого в компрессоре, тепловой энергии путем сжигания в нем топлива. Высокая эффективность рабочего процесса в КС обеспечивается при выполнении ряда требований.

Требования к камерам сгорания.

1. Высокая полнота сгорания топлива.

Оценивается коэффициентом полноты сгорания

, где

Q – количество тепла, идущего на увеличение теплосодержания газового потока в реальном процессе.

Q₀ – то же, при условии полного сгорания в теплоизолированной камере.

Для КС современных ТРД η_г=0,97…0,98.

Для двигателя Р25-300 η_г =0.97.

Коэффициент полноты сгорания влияет на экономичность двигателя, следовательно, на дальность и продолжительность полета летательного аппарата.

2. Устойчивость процесса горения.

Зависит от качества топливно-воздушной смеси. Оценивается коэффициентом избытка воздуха:

, где

G_ВД – количество воздуха действительного поступающего в камеру сгорания.

G_ВР – количество воздуха, теоретически необходимого для сжигания топлива.

При изменении режимов работы двигателя и условий полета значение  находится в пределах  = 2…50. для Р25-300  = 3…34.

3. Минимальный объем камеры сгорания.

Оценивается теплонапряженностью Q_v:

, где

Q' – количество тепла, выделяющегося в КС в единицу времени;

Р_К – полное давление на входе КС;

V_К – объем КС.

Для уменьшения объема КС необходимо увеличивать ее теплонапряженность.

Для КС современных ТРД Q_v = (3…5)х10⁶ [Дж/с*м³*Па].

Для Р25-300 Q_v = 4,2х10⁶[Дж/с*м³*Па]

4. Минимальные потери полного давления.

Оценивается коэффициентом сохранения полного давления _кс:

, где

Р_Г^* – полное давление на выходе из КС.

Р_К^* - полное давление на входе КС.

Для современных ТРД _кс=0,82…0,96, для Р25-300 _кс=0,92.

Снижение полного давления воздуха, проходящего через КС из-за наличия гидравлических потерь и теплового сопротивления, возникающего при подогреве газа, отрицательно сказывается на тяге, так и на экономичности двигателя (С_уд=G_ти/R).

5. Обеспечение требуемого поля температур на выходе камеры сгорания.


Различают:

• 
  окружная неравномерность, которая оказывает отрицательное влияние на температуру.
  
• 
  радиальную неравномерность, которая иногда вводится преднамеренно с целью снижения рабочих температур наиболее загруженных сечений лопаток.
  

Наиболее нагруженные части лопатки турбины – корневая и концевая, поэтому максимум температур должен находиться между ними, например, для Р25 – 300 на расстоянии 1/3 от замка лопатки.

6. Быстрый и надежный запуск двигателя на земле и в воздухе.

Обеспечивает боеготовность самолета и безопасность полетов.