11.4.1 Определение эффективности, изоэнтропическая и политропическая эффективность

На рисунках 11.4, 11.5 и 11.6 представлена изоэнтропическая эффективность, определяемые уравнением 11.1, также их иногда называют адиабатической эффективностью. В многоступенчатых компрессорах и турбинах полезно дать ещё одно определение эффективности, которое несколько отличается- это политропическая эффективность - η_P. Использование политропической эффективности облегчает некоторые алгебраические расчеты и он удобен при сравнении машин с различными степенями повышения давления.

Рассмотрим случай небольшого роста заторможенного давления δP_0, сопровождаемого ростом температуры и энтальпии δТ₀ и δh₀. Уравнение состояния примет вид:

,

где δh₀ = C_P · δT₀, а δs₀ = δs. Для процесса идеального адиабатического повышения давления, при котором δs = 0, изменения энтальпии и давления связаны соотношением:

можно объединить состояния 1 и 2 следующим образом:

.

Фактический рост температуры для реального процесса повышения давления будет больше, чем идеальный, и может быть записана через политропическую эффективность:

Которое даст:

	для компрессора	(11.2)
	для турбины	(11.3)

2. Эффекты изменения параметров выполненного двигателя. (19.3).

19.3. Эффекты изменения параметров выполненного двигателя

В этом разделе будет рассмотрен случай изменения параметров работы двигателя, не предусмотренный проектом, в процессе эксплуатации. В этом случае величины степеней повышения давлений не остаются постоянными, а изменяются вместе со всеми параметрами. Результаты расчётов параметров, при этих случаях, представлены в Таблице 19.3. Наиболее очевидным является изменение величины температуры на входе в турбину, но так же наблюдается и ухудшение в составляющих величинах эффективности (и нормы потока), связанных с наличием таких процессов как износ, засор, и повреждение посторонними предметами. Сравнение, представленное в Таблице 19.3, всё так же выполнялось для двигателя заданной величины, совершающего крейсерский полёт при числе Маха М = 0.85 на высоте 31 000 футов. В этом случае происходит существенное изменение величины тяги нетто.

Эффект изменения параметров, здесь, значительно отличается от изменений происходящих при проектировании, представленных в Таблице 19.1 , где все величины степеней повышения давлений внутри двигателя, сохранялись постоянными, в то время как величины полезных действий временами изменялись. Изменения параметров на входе, представленные в Таблице 19.1, достаточно малы, значит, последовательные изменения в них могут быть приняты таким образом,, чтобы быть пропорциональными наложенным возмущениям, а эффекты возмущений, когда их больше, чем одно, поэтому могут быть суммированы. Большая потеря в величине тяги, связанная со снижением эффективности подпорной ступени (или ещё большая от компрессора ВД), влияет, из-за эффекта сокращения полной степени повышения давления, на массовый поток воздуха, проходящий через газогенератор. Основной массовый поток воздуха определяется запертым сопловым аппаратом турбины ВД, так, что: , поэтому его величина понижается пропорционально снижению давления за компрессором. Уменьшение основного массового потока воздуха проявляется с увеличением степени двухконтурности, в то время, когда понижаются величины полезных действий подпорного или основного компрессоров. Таблица 19.3. составлена для того же двигателя, который был объектом исследования в предыдущем случае, когда необходимо было заполнить Таблицу 19.1. Величина температуры на входе в турбину составляет T₀₄ = 1 450 К, а величина составляющей политропической эффективности составляет 90%.

Таблица 19.3. Изменения параметров вне проекта.

ПАРАМЕТРЫ:	«1»:	«2»:	«3»:	«4»:	«5»:
Данные	1.650	5.99	40.00	0	0
Сокращение КПД вентилятора до ηP = 0.89	1.646	5.96	40.05	- 0.43	0.53
Сокращение КПД компрессора ВД до 0.89	1.622	6.17	38.51	- 4.01	0.51
Сокращение КПД основного вентилятора и компрессора до ηP = 0.89	1.641	6.05	39.51	- 1.33	0.16
Сокращение КПД турбины ВД до ηP = 0.89	1.644	5.98	39.94	- 0.65	0.55
Сокращение КПД турбины НД до ηP = 0.89	1.645	5.98	39.95	- 0.62	0.53
Увеличение температуры перед турбиной от 25 К до 1 475 К	1.688	5.88	41.71	5.72	0.00
Примечание: Столбцами обозначены «1» - давление в вентиляторе; «2» - степень двухконтурности; «3» - полное давление в двигателе; «4» - изменение величины тяги нетто (в процентах); «5» -изменение величины удельного расхода топлива (в процентах).

Система регулирования, чтобы справиться с падением в составляющей эффективности, должна увеличить температуру на входе в турбину, чтобы поддержать величину тягу постоянной. Однако один признак двигателя должен подвергнуться перестройке – величина температуры на входе (или на выходе из неё) в турбину превышает величину набора для данной тяги или отношение давлений вентилятора. Концентрируя внимание только на компрессоре ВД, например, данные Таблицы 19.3, показывают, что падение величины эффективности на 1 % даёт компенсацию, через терминологию тяги, величине температуры перед турбиной Т₀₄ в 17.5 K. Так же величина потери эффективности турбины ВД в 1 % была бы исправлена повышением величины тяги для Т₀₄, как 2.84 K. Хотя увеличение величины температуры на входе в турбину может возвратить тягу, величина удельного расхода топлива увеличилась бы на 0.5 % относительно величины двигателя заданной в качестве потери эффективности 1% в вентиляторе, компрессоре ВД или любой из турбин. Если понизить величину каждого компонента на 1 %, тогда линейный характер изменений будет означать, что объединённое сокращение величины тяги будет в сумме составлять 0.43 + 4.01 + 1.33 + 0.65 + 0.65 = 7.07 %.

Тогда соответствующее повышение величины температуры на входе в турбину, необходимое для компенсации, станет равным 30.9 K, с повышением величины удельного расхода топлива на 2.3 %.