4.2.4. Расчетная схема топливоподачи гтд
Упрощенная схема топливной системы газотурбинного двигателя (ГТД), подлежащая расчету, показана на рис.4.7. Топливо из бака 1 подается насосом 14 к топливному коллектору 30 и далее распределяется по форсункам. Форсунки расположены равномерно по окружности камеры сгорания. Для хорошей организации процесса горения топливо должно поступать в камеру сгорания в распыленном состоянии. Качественное распыливание топлива происходит при определенном и одинаковом перепаде Δрф давления на всех форсунках.
Давление воздуха на свободную поверхность топлива в баке на первом этапе расчета считают равным атмосферному давлению рН на заданной высоте Н полета. Если же атмосферного давления недостаточно для обеспечения безкавитационной работы насоса, то либо устанавливают подкачивающий насос, либо давление в баке повышают от внешнего источника давления воздуха на величину наддува Δрнд. За время полета уровень топлива в баке уменьшается. Это приводит к снижению давления на входе в насос. В связи с этим имеет смысл проводить расчет для минимального уровня топлива в баке.
Температура топлива за время полета будет уменьшаться. Так как наступление кавитации в системе более вероятно при большей температуре топлива, то расчет проводят при температуре 45 °С [14].
Давление рк воздуха, поступающего в камеру сгорания, больше атмосферного давления рН, в результате сжатия его во входном устройстве и компрессоре двигателя:
ркс =πдв·рН,
где πдв - степень повышения давления в двигателе.
Система работает следующим образом. Топливо поступает из топливного бака во всасывающую магистраль. Далее, минуя различные гидравлические сопротивления, топливо поступает на вход в насос. Давление на входе насоса должно быть не менее рmin = рнр + Δрнп во избежание кавитации. Это требование может быть обеспечено следующими способами.
1. Если давление над свободной поверхностью жидкости в баке (атмосферное давление) достаточно велико для того, чтобы топливо из бака поступило на вход насоса с давлением рвх ≥ рmin = рнр + Δрнп, то никаких специальных действий предпринимать не нужно.
2. Если же рвх<рmin = рнр + Δрнп, то на топливный бак устанавливается подкачивающий насос, который должен обеспечить минимально допустимое давление на входе в основной насос.
3. При установке подкачивающего насоса необходимо провести проверку того, что атмосферного давления в баке достаточно для того, чтобы жидкость из бака поступила на вход в подкачивающий насос с давлением р≥ рнр + Δрнп. Если это условие не выполняется, то необходимо осуществить наддув бака от источника сжатого воздуха - компрессора. Компрессор подает в бак воздух с давлением рб = рН +Δрнд. Величина Δрнд и является давлением наддува.
На выходе насоса должно быть создано давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления напорной магистрали и создания заданного перепада давления на форсунках Δрф. Поскольку гидравлические сопротивления до каждой форсунки в топливном коллекторе различны, то одинаковость давления перед каждой форсункой может быть достигнуто установкой дополнительных гидравлических сопротивлений (жиклеров) перед форсунками, на которых перепад больше заданного.
Рис.4.7 Бланк-задание и расчетная схема топливной системы ГТД
Характеристики топливной системы ГТД Таблица 2
№ зада- ния |
l4 м |
l6, м |
l9 м |
l11, м |
l13, м |
l15, м |
l17, м |
l19, м |
l21, м |
l24, м |
l27, м |
№ вари- анта |
H м |
G, кг/с |
Δр, МПа |
|
1 |
2,1 |
1.6 |
1,10 |
1,3 |
1,2 |
1,7 |
1,3 |
0,5 |
0,8 |
0.8 |
0,8 |
1 |
0 |
0,142 |
3,2- |
|
2 |
2,15 |
1J |
1,2 |
1,40 |
1,3 |
1,8 |
1,2 |
0,6 |
0,7 |
0,7 |
0,7 |
2 |
500 |
0,152 |
3,3 |
|
3 |
2,2 |
1,8 |
1.3 |
1,5 |
1,4 |
1,9 |
1,3 |
0,7 |
0,6 |
0,6 |
0,6 |
3 |
1000 |
0,162 |
3,4 |
|
4 |
2,25 |
1,9 |
1,4 |
1,6 |
1,5 |
2,0 |
1,4 |
0,8 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
4 |
1500 |
1,172 |
3,5 |
|
5 |
2,3 |
2,0 |
1,5 |
1,7 |
1,6 |
2,1 |
1,5 |
0,9 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
5 |
2000 |
0,182 |
3,6 |
|
6 |
2,35 |
2,1 |
1,6 |
1,8 |
1,7 |
2,2 |
1,6 |
0,85 |
0,38 |
0,38 |
0,38 |
6 |
2500 |
0,192 |
3,7 |
|
7 |
2,40 |
2,2 |
1,7 |
1,9 |
1,8 |
2,3 |
1,7 |
0,75 |
0,48 |
0,48 |
0,48 |
7 |
3000 |
0,202 |
3,8 |
|
8 |
2,45 |
2,1 |
1,8' |
1,8 |
1,9 |
1,95 |
1,8 |
0,65 |
0,58 |
0,58 |
0,58 |
8 |
3500 |
0,212 |
3,9 |
|
9 |
2,50 |
2,2 |
1,9 |
1,85 |
1,2 |
1,8 |
1 |
9 |
0,55 |
0,68 |
0,68 |
0,68 |
9 |
4000 |
0,222 |
4,0 |
10 |
2,55 |
2,3 |
2,0 |
1,90 |
1,3 |
1,75 |
1,85 |
0,50 |
0,7 |
0,78 |
0,78 |
10 |
4500 |
0,232 |
4,2 |
|
11 |
1,6 |
2,1 |
1,10 |
1,3 |
1,2 |
1,7 |
1.3 |
0,5 |
0,81 |
0,81 |
0,81 |
11 |
5000 |
0,242 |
4,3- |
|
12 |
1,54 |
1,59 |
1,27 |
1,18 |
1,25 |
1,75 |
1,35 |
0,6 |
0,71 |
0,71 |
0,71 |
12 |
5500 |
0,252 |
4.4 |
|
13 |
1,47 |
2,4 |
1,39 |
1,32 |
0,98 |
1,46 |
1,21 |
0,7 |
0,58 |
0,58 |
0,58 |
13 |
6000 |
0,265 |
4,5 |
|
14 |
1,73 |
2,13 |
2,1 |
1,27 |
1,15 |
1,26 |
1,22 |
0,67 |
0,67 |
0,67 |
0.67 |
14 |
6500 |
0,275 |
4,5 |
|
15 |
0,96 |
2,15 |
1,21 |
1,57 |
1,14 |
0,95 |
1,14 |
0,73 |
0,47 |
0,73 |
0,73 |
15 |
7000 |
0,382 |
4,6 |
|
16 |
0,84 |
1,97 |
0,97 |
1,09 |
1,27 |
0,78 |
0,89 |
1,1 |
0,91 |
0,83 |
0,83 |
16 |
7500 |
0,392 |
4,7 |
|
17 |
1,83 |
1.6 |
1,18 |
0,95 |
1,6 |
1,29 |
1,19 |
0,79 |
1,09 |
1,09 |
1,09 |
17 |
8000 |
0,402 |
4,8 |
|
18 |
1,17 |
0,97 |
1,0 |
1,17 |
0,85 |
1,44 |
1,08 |
0,89 |
1,19 |
1,19 |
1,19 |
18 |
8500 |
0,412 |
4,9 |
|
19 |
1,48 |
0,98 |
1,08 |
,68 |
0,77 |
1,18 |
0,58 |
1,08 |
0,78 |
0,78 |
0,78 |
19 |
9000 |
0,422 |
5,0 |
|
20 |
1,7 |
0,67 |
0,87 |
1,17 |
0,77 |
1,27 |
0,97 |
1,27 |
0,97 |
0,97 |
0,97 |
20 |
9500 |
0,432 |
4,95 |
|
21 |
1,96 |
1,76 |
0,66 |
0,76 |
1,46 |
1,16 |
0,46 |
0,96 |
0,76 |
0,76 |
0,76 |
21 |
10000 |
0,442 |
4,85 |
|
22 |
1J5 |
1,15 |
1,05 |
0,85 |
0,95 |
1,35 |
1,25 |
1,15 |
0,95 |
1,15 |
0,85 |
22 |
10500 |
0,453 |
4,75 |
|
23 |
0,74 |
1,64 |
0,94 |
1,64 |
1,14 |
1,24 |
0,94 |
1,44 |
0,64 |
0,64 |
0,64 |
23 |
10000 |
0,464 |
4,65 |
|
24 |
0,83 |
1,43 |
0,73 |
1,23 |
1,43 |
0,73 |
1,03 |
1,63 |
0,73 |
0,73 |
0,73 |
24 |
9500 |
0,475 |
4,56 |
|
25 |
2,42 |
1,12 |
1,22 |
1,02 |
1,72 |
1,42 |
0,72 |
1,2 |
0,72 |
0,72 |
0,72 |
25 |
9000 |
0,486 |
4,47 |
|
26 |
1,61 |
1,91 |
1,11 |
0,91 |
0,81 |
1,21 |
1,1 |
0,81 |
0,91 |
0,91 |
0,91 |
26 |
8500 |
0,497 |
4,38 |
|
27 |
2,09 |
1,09 |
0,79 |
1,19 |
0,69 |
1,69 |
0,89 |
1,49 |
0,99 |
0,99 |
0,99 |
27 |
8000 |
0,508 |
4,29 |
|
28 |
1,18 |
0,88 |
0,98 |
1,08 |
1,3 |
0,89 |
0,88 |
1.1,8 |
0,85 |
0,85 |
0,85 |
28 |
7500 |
0,519 |
4,18 |
|
29 |
1,73 |
1,13 |
1,43 |
0,93 |
0,97 |
1,34 |
1,43 |
1,33 |
1,85 |
1,85 |
1,85 |
29 |
7000 |
0,520 |
4,07 |
|
30 |
2,92 |
1J2 |
1,22 |
1,12 |
0,92 |
1,32 |
1,12 |
1,62 |
1,32 |
1,32 |
1,32 |
30 |
6500 |
0,531 |
3,96 |
|
31 |
2,81 |
0,81 |
1,10 |
1,21 |
1,41 |
0,91 |
1,41 |
0,91 |
1,31 |
1,31 |
1,31 |
31 |
6000 |
0,542 |
3,85 |
|
32 |
1,29 |
1,22 |
1,12 |
0,82 |
0,92 |
1,32 |
1,12 |
1,12 |
1,21 |
1,21 |
1,21 |
32 |
5500 |
0,553 |
3,74 |
|
33 |
1,23 |
2,83 |
0,73 |
1,33 |
1,13 |
1,23 |
1,03 |
1,63 |
1,13 |
1,13 |
1.13 |
33 |
5000 |
0,564 |
3,63 |
|
34 |
1,8 |
2,6 |
0,98 |
1,4 |
1,6 |
0,8 |
0,9 |
1,1 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
34 |
4500 |
0,575 |
3,52 |
|
35 |
1,31 |
1,11 |
1,01 |
0,71 |
0,91 |
1,41 |
0,61 |
1,11 |
1,21 |
1,21 |
1,21 |
35 |
4000 |
0,586 |
3,41 |
|
36 |
1,62 |
1,72 |
1,42 |
1,02 |
1,12 |
1,32 |
1,42 |
0,92 |
1,32 |
1,32 |
1,32 |
36 |
3500 |
0,597 |
3,3 |
|
37 |
1.13 |
2,83 |
1,03 |
0,73 |
1,23 |
1,13 |
1,33 |
0,73 |
0,53 |
0,53 |
0,53 |
37 |
3000 |
0,608 |
3,2 |
|
38 |
1,44 |
1,64 |
0,74 |
0,94 |
1,34 |
0,74- |
0,44 |
1,44 |
0,64 |
0,64 |
0,64 |
38 |
2500 |
0,619 |
3,19 |
|
39 |
1,85 |
1,35 |
0,45 |
1,15 |
0,75 |
1,35 |
1,75 |
1,05 |
1,15 |
1,15 |
1,15 |
39 |
2000 |
0,630 |
3,08 |
|
40 |
1,76 |
1,86 |
0,96 |
1,26 |
1,46 |
1,36 |
1,96 |
1,16 |
1,56 |
1,56 |
1,56 |
40 |
1500 |
0,641 |
2,97 |
|
Δрф=р - рк - перепад (разность давлений) на отверстии форсунки