2.2 Компрессоры врд

Компрессор предназначен для повышения давления воздуха, что необходимо для лучшего преобразования в полезную работу тепла, подводимого к рабочему телу в КС.

В авиационных ГТД применяются многоступенчатые осевые компрессоры (ОК) (см. рис. 2.8), центробежные (ЦБК) (рис. 2.9), их комбинация – осецентробежный компрессор (рис. 2.10), диагональные компрессоры (рис. 2.11).

Рис.2.8. Схема многоступенчатого осевого компрессора

Рис.2.9. Схема центробежного компрессора

Рис.2.10. Схема осевого центробежного компрессора

Рис.2.11. Схема диагонального компрессора

Многоступенчатый осевой компрессор состоит из нескольких рядов последовательно чередующихся подвижных (рабочих) и неподвижных (направляющих) лопаток. Подвижная часть компрессора называется ротором, неподвижная часть – статором. Совокупность рабочего колеса и направляющих лопаток называется ступенью компрессора (рис.2.12). При вращении ротора компрессора рабочие лопатки захватывают (засасывают) воздух подобно лопастям воздушного винта или вентилятора, закручивают его и проталкивают вдоль оси по направлению к выходу. Благодаря этому на входе в компрессор создается пониженное давление, что обеспечивает непрерывное поступление воздуха из окружающей среды. Вследствие подвода внешней работы в РК увеличивается статическое давление и абсолютная скорость С. В неподвижном НА, имеющем межлопаточный канал расширяющейся формы, происходит без подвода внешней работы преобразование приобретенной в РК скорости в давление с одновременным падением скорости.

Рис.2.12 Схема работы ступени компрессора.

Важнейшими параметрами компрессора являются:

1. степень повышения давления в компрессоре

2. работа компрессора, приходящаяся на 1 кг/с расхода воздуха

3. изоэнтропическая работа компрессора

4. изоэнтропический КПД компрессора

Характеристика компрессора обычно представляется в следующем виде (рис.2.13).

Рис.2.13. Пример представления характеристики компрессора

Мощность компрессора: .

Двух (трех) каскадный компрессор – это высоконапорный агрегат, имеющий высокую суммарную степень повышения давления При изменении режима работы двигателя происходит скольжение роторов относительно друг друга, что благоприятно сказывается на повышении устойчивости работы компрессора.

2.3. Камеры сгорания

Камеры сгорания предназначены для эффективного и непрерывного подвода тепла к рабочему телу ВРД за счет сжигания топлива. Камеры сгорания должны отвечать основным требованиям.

1. Высокая полнота сгорания топлива где - количество тепла, идущее на увеличение теплосодержания потока;

- располагаемое количество тепла;

Для основных КС , для форсажных КС .

2. Малые потери давления заторможенного потока в КС

- коэффициент восстановления давления заторможенного потока в КС;

.

3. Большая теплонапряженность КС ,где - объем камеры сгорания.

4. Обеспечение заданного поля температур на выходе из КС. Важно поле в окружном и радиальном направлениях.

5. Устойчивый процесс горения в широком диапазоне режимов работы двигателя и условий полета.

6. Надежный запуск на земле и в воздухе

7. Низкое содержание сажи и вредных веществ в продуктах сгорания

Устройство и принцип работы КС

Основная камера сгорания имеет следующее принципиальное устройство (см. рис.2.14).

Диффузор служит для снижения скорости потока на входе в жаровую трубу (до 50…60 м/с). Это позволяет ↑ , ↑ , ↓ длину КС.

Внутренняя жаровая труба с перфорацией служит для организации процесса горения топлива и смешения продуктов сгорания с оставшимся воздухом.

Наружный кожух служит корпусом КС.

Топливная форсунка служит для впрыска топлива в КС и его распыливания (чаще всего применяют центробежные форсунки). Давление топлива на входе форсунки составляет МПа ( 60...80 атм.), угол распыла 110...130°.

Лопаточный завихритель служит для образования обратных токов. Воз-

дух, проходящий через завихритель, закручивается. В центре образующегося вихря создается зона пониженного давления. Туда поступает часть продуктов сгорания с периферии. В результате образуется зона постоянно циркулирующих обратных токов.

Рис.2.14. Схема основной камеры сгорания: 1 - диффузор; 2 - внешняя жаровая труба; 3 - кожух КС; 4 - топливная форсунка; 5 - лопаточный завихритель; 6 - область обратных токов

Для полного сгорания 1 кг керосина ( в среднем содержащего 85% С и 15% ) теоретически необходимо =14,8 кг воздуха. Отношение действительного количества воздуха, подведенного к топливу, к теоретически необходимому для полного его сгорания называется коэффициентом избытка воздуха.

- коэффициент избытка воздуха,

где =1 - стехиометрическая смесь;

<1 - “ богатая” (относительно много топлива) смесь;

>1 - “бедная” смесь.

Воздух, поступающий в КС, проходя через диффузор, снижает свою скорость. На выходе из диффузора воздух делится на две части:

• первичный, составляет 20…50% от

• вторичный, составляет 50…80% от

Часть первичного воздуха проходит в жаровую трубу через лопаточный завихритель. Другая часть первичного воздуха проходит в жаровую трубу через систему отверстий в передней части. Первичный воздух принимает непосредственное участие в сгорании топлива. Топливо впрыскивается и распыливается центробежной форсункой. Под действием высокотемпературных обратных токов продуктов сгорания оно испаряется, перемешивается с первичным воздухом, воспламеняется и сгорает. Температура в этой зоне 1800…1900 К.

Продолжая движение по жаровой трубе, высокотемпературные продукты сгорания смешиваются с относительно холодным вторичным воздухом (в зоне смешения). Вторичный воздух проходит в жаровую трубу через систему отверстий и карманов и охлаждает продукты сгорания до = 1400…1600 К, при которой обеспечивается надежная работа сопловых и рабочих лопаток турбины. Обычно на выходе из КС .

Из уравнения теплового баланса: или , откуда

. Это наиболее элементарная формула, которая позволяет определить относительный расход топлива. Можно также в простейших случаях использовать номограммы

Форсажные КС

Схема форсажной камеры приведена на рис.2.15.

В продуктах сгорания, выходящих из основной КС, а затем и из турбины, еще много свободного кислорода ( =3,5...5,5). Он обеспечивает горение топлива в ФК. Такой процесс обеспечивает значительное увеличение тяги двигателя. Обычно