Системный анализ масляной системы газотурбинного двигателя. Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни Основи системного аналізу
 Скачать 0.93 Mb.
|
|
Gm=Qm/(Ср ∆tm) (20) гдеQ - теплоотдача в масло; Ср - удельная теплоемкость масла; ∆tm - разность температуры масла на выходе из двигателя и на входе в него. Исходя из требуемой прокачки масла через двигатель, выполняется выбор, расчет и конструирование нагнетающего и откачивающих насосов. Теплоотдача в масло определяется расчетным методом с учетом имеющихся экспериментальных данных и опыта проектирования. Выбор системы охлаждения масла авиационного двигателя осуществляется на основании проведенных расчетов теплового состояния масляной и топливной систем, так как охлаждение масла в большинстве авиационных двигателей осуществляется в топливомасляных теплообменниках. Важно, чтобы безвозвратные потери масла из маслосистемы ГТД не были высокими. От их величины и заданной продолжительности полета зависит объем маслобака. Увеличение объема маслобака и заправляемого в него масла ведет к сокращению полезной нагрузки летательного аппарата. У двигателей малой размерности маслобаки иногда отсутствуют и их функции выполняют маслосборники. Безвозвратные потери это, в основном, масло, которое удаляется в атмосферу через суфлер. Они слагаются из удаляемого вместе с воздухом масла в жидкой, каплеобразной и парообразной фазах. Масло в жидкой и каплеобразной фазах отделяется от воздуха с помощью суфлера, пары же масла свободно проходят через него. Снижение парообразной составляющей безвозвратных потерь масла достигается уменьшением его испарения и конденсацией паров в устанавливаемом на входе в суфлер конденсаторе. Конденсатор представляет собой обычный теплообменник. Применение конденсатора является нежелательным. Целесообразно при проектировании ГТД предусмотреть мероприятия по обеспечению минимального испарения масла. В циркуляционных маслосистемах ГТД безвозвратные потери масла, как правило, незначительны и приблизительно равны 0,1 л/ч на каждые 10 кН тяги Количество масла, расходуемое за полет в ГТД или за определенное время работы ГТД наземного применения, определяют опытным путем по изменению уровня масла в баке и приводят в соответствующих инструкциях.[1] Общий объемный циркуляционный расход масла у вновь проектируемых двигателей можно находить по формуле W= (З÷10)*i л/мин, (21) где i — число подшипников (опор) в двигателе. Следует иметь в виду, что эта зависимость справедлива только при определении количества масла, необходимого для двигателя в целом, т. е. для определения производительности масляного насоса. Для отдельных подшипников, находящихся в повышенных температурных условиях, количество масла может быть больше приведенной средней величины. Циркуляционный расход масла в ТВД может быть определен таким же образом по числу опор, имеющихся в двигателе, с учетом прокачки масла, необходимого для смазки редуктора. Циркуляционный расход масла, необходимого для смазки и охлаждения планетарного редуктора, можно определить по следующим формулам: Wред ≈(1,1÷1,6)  л/мин, (22)для редуктора на два винта Wред ≈(1,1÷2,0) л/мин, (25)где N — мощность, передаваемая редуктором, в квт. Полный циркуляционный расход масла в ТВД с числом опорi: W= (З÷10)i + Wред л\мин. (26) Потребную прокачку масла в системе двигателя можно также определить по удельной теплоотдаче в масло: вТРД W=  d (27) для ТВД W=  d (28) В этих формулах Q — удельная теплоотдача в масло, равная 80—200 кдж/мин на каждые 1000 дан стендовой тяги в ТРД и 680—850 кдж/мин на каждые 1000 квт стендовой мощности в ТВД; R и N — тяга и мощность соответственно в дан и квт;  — перепад температур масла на входе и выходе из двигателя; =30÷50°С;с м — теплоемкость масла; d—относительная плотность масла. Производительность нагнетающего масляного насоса WH для обеспечения равномерной подачи масла на всех режимах работы двигателя должна быть больше величины W в 1,5—2 раза. Постоянное давление масла в магистрали двигателя поддерживается с помощью редукционного клапана и определяется силой затяжки пружины последнего. Этот же редукционный клапан служит предохранительным клапаном и не допускает чрезмерного повышения давления при работе двигателя на холодном (непрогретом) масле. Производительность насоса Wнас=2*10-6 𝞹d*m*l3*n*𝞰w (29) Где d – диаметр делительной окружности шестерен,мм; m- модуль, мм; n – частота вращения шестерен; l3 – длина зуба, мм; 𝞰w – коэффициент наполнения. Зная потребную производительность насоса, и задаваясь велечинам n, 𝞰w и двумя из трех размер шестерен( d,m, l3), определяют третий размер.Для масляных насосов 𝞰w принимают равным 0,75…0,85 Сорт масла, применяемогомасла в ГТД, определяется нагрузками, действующими на подшипники, типом подшипников и их рабочими температурами. На двигателях, устанавливаемых на самолетах с дозвуковыми скоростями полета, рабочая температура масла не превышает 120— 140° С. Для них применяют минеральные масла с небольшой вязкостью и низкой температурой застывания. При малой вязкости масла оно лучше обволакивает нагретые детали и хорошо снимает с них тепло. Величина кинематической вязкости применяемых масел лежит в пределах 8- 106—17- 106 м2/сек (8—17 сст) при 50° С, а температура застывания ниже — 40° С. К маслам добавляют различные присадки. Они применяются для нескольких целей: понижения температуры застывания, уменьшения склонности к пенообразованию, повышения вязкости при высоких температурах и т. п. Вал турбины и подшипники нагреваются от диска турбины, в особенности при остановке двигателя, когда движение охлаждающего воздуха прекращается; поэтому масла, применяемые для смазки ГТД, не должны коксоваться при высоких температурах. Давление масла в системе двигателя выбирается в пределах 1—4 дан/см2; оно определяется гидравлическим сопротивлением масло- системы и необходимым количеством масла. На двигателях, предназначенных для сверхзвуковых скоростей полета, рабочая температура масла может достигать 250—400° С. Для таких подшипников необходимо применять стали и жаростойкие сплавы, имеющие высокую твердость при повышенных температурах, например инструментальные стали. Для смазки деталей при указанных температурах применяют различные присадки к существующим маслам или применяют специальные синтетические масла. Приложение С.1.3.2.Расчет маслопроводов на колебания Маслопроводы, как и другие трубопроводные системы газотурбинных двигателей (топливные, дренажные, воздушные, противопожарные и др.), должны быть рассчитаны на колебания для устранения опасных резонансных режимов. Целесообразно при проектировании трубопроводов определять частоту собственных поперечных колебаний в зависимости от расстояния между точками крепления трубопроводовL [2] F=  (30)а — коэффициент, зависящий от условий закрепления краевых сечений участка трубопровода, а также от формы колебаний пролета; К — коэффициент, учитывающий влияние скорости и давления жидкости в трубопроводе; EJ — изгибная жесткость трубопровода; mтр,mж — масса единицы длины пролета трубопровода и заключенной в нем жидкости. Значения коэффициента а определяются по формуле [2] исходя из абсолютно жесткой заделки концов участка трубопровода, что соответствует частоте собственных поперечных колебаний жесткого участкаfЖ: а =  (31)Здесь i— номер формы колебаний участка трубопровода. При шарнирной заделке концов участка трубопровода собственная частота поперечных колебанийfж снижается: fш=  (32)Коэффициент К определяется по формуле: K=  (33)Здесь р — давление жидкости в трубопроводе; F — поперечное сечение трубопровода (в свету); v — скорость движения жидкости по трубопроводу. Однако двигатель может иметь несколько опасных резонансных режимов, избежать которых изменением расстояния между точками крепления трубопровода невозможно. Поэтому целесообразно вводить конструктивные мероприятия для повышения надежности трубопровода. Эффективным средством для обеспечения надежности трубопроводов является применение гибких компенсаторов, выполненных в виде тонкостенной металлической или фторопластовой оболочки с оплеткой ее наружной поверхности проволокой.Гибкая вставка позволяет производить монтаж трубопроводов при перекосах и несовпадениях осей их участков компенсировать термические удлинения (перемещения) без нарушения герметичности, а также работать при малом уровне вибрации благодаря проволочной оплетке, имеющей хорошие демпфирующие качества. Гибкий трубопровод можно представить в виде отдельного шланга (металлорукава) или упругой вставки Гибкие трубопроводы также необходимо рассчитывать на колебания. Собственные поперечные колебания металлорукава [2] f =  (34)где п — число, определяющее пространственную форму колебаний металлорукава; / — длина гибкого элемента; mi — масса единицы длины гибкого элемента; Т— сила натяжения рукава. Частота собственных поперечных колебаний трубопровода с гибкой вставкой [2], расположенной симметрично относительно двух консолей жесткого трубопровода: f =  (35)Здесь т — сумма приведенной массы свободной консоли и '/з массы компенсатора; L, Е, J — длина, модуль упругости и момент инерции консоли. |