Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 5-9-Osobennosti_kompressorov_GTD

шить относительную составляющую скорости соударения посторонних предметов с рабочим колесом.

Вероятность соударения посторонних предметов с обтекателем двигателя превосходит 90 %. После соударения с обтекателем частицы движутся к концам лопаток вентилятора, распределяясь по сечению, близко к равномерному. Из сравнения типов траекторий, реализующихся после отражения частиц от обтекателя, установлено, что их попадание во внутренний контур маловероятно. При- чем не столкнувшиеся с обтекателем частицы имеют преимущественно осевое движение, и их траектории слабо меняются при соударении с лопатками.

Для защиты КВД от посторонних предметов, прошедших через тракт подпорных ступеней, предусмотрено их сепарирование (инерционная очи- стка воздуха) в полость наружного контура через кольцевую щель перепуска. Для защиты компрессора от попадания большеразмерных посторонних предметов (куски льда, птицы и т.д.) перед подпорными ступенями установлен ВНА с большой густотой и числом лопаток z = 77. Кроме того, средний поперечный линейный размер спрямляющего аппарата подпорных ступеней составляет менее 20 мм. Воздухозаборник и обтекатель двигателя в условиях обледенения обогреваются воздухом, отбираемым из КВД, что исключает образование на них льда.

Применение этих мероприятий, а также имеющиеся возможности зачистки забоин на лопатках вентилятора, замены отдельных лопаток вентилятора, модулей вентилятора и КНД позволяют уменьшить количество двигателей, снимаемых с самолета в эксплуатации по повреждениям лопаток.

Мероприятия, вводимые в конструкцию двигателя и летательного аппарата, обеспечивают достаточно высокий уровень защиты КВД от попадания посторонних предметов.

5.8.3 – Особенности конструкций систем защиты ГТД наземного применения от попадания посторонних

предметов

Для ГТУ наземного применения в отличие от авиационных ГТД, в силу менее жестких ограниче- ний по габаритам и массе, применяются стационарные воздухоприемные устройства со ступенчатой системой очистки воздуха.

Типовая схема воздухоочистки состоит из двухступенчатой системы:

- первая ступень очистки воздуха для улавли-

вания частиц размером до 10 мкмциклонные блоки или щелевые инерционные воздухоочистители; - вторая ступень очистки воздуха для улавливания более мелких частиц - фильтры тонкой очистки. На период пуско-наладочных работ (первые

500-1000 ч работы) на лемнискатный воздухозаборник ГТУ устанавливается мелкоячеистая сетка для защиты компрессора от попадания элементов конструкции входного устройства.

5.9 – Особенности конструкции компрессоров ГТД наземного применения

Цикл работы промышленного двигателя существенно отличается от цикла работы авиационного - он характеризуется меньшей нагруженностью и большей продолжительностью. Таким образом, появляется возможность использовать отработавшие на авиационном двигателе детали на промышленном двигателе – дать им «вторую жизнь». Этот путь наиболее быстр и наименее затратен, однако не позволяет в полной мере использовать потенциал конструкции компрессора.

Оптимальным с точки зрения затрат и ожидаемой эффективности является второй путь – создание компрессора на базе высокоэффективного компрессора авиационного двигателя, прошедшего доводку и всеобъемлющие испытания. Подобное решение настолько привлекательно, что даже при необходимости создания компрессора другой производительности выгоднее моделировать (масштабировать) существующий компрессор, чем проектировать новый. Тем не менее, специфика использования компрессора в стационарной ГТУ определяет некоторые особенности конструкции и подходы к проектированию.

При создании компрессора для двигателя летательного аппарата очень остро стоит вопрос минимизации массы конструкции. Этим обуславливается необходимость применения материалов с возможно низкой удельной массой и высокими механическими свойствами: титановых сплавов, высоколегированных сталей и специальных сплавов. Такие материалы довольно дороги и, зачастую, труднообрабатываемы. Дополнительно для снижения массы в конструкции узлов авиационных двигателей применяют облегчающие проточки, фрезеровки, используют детали сложной пространственной конфигурации.

Для компрессора стационарного двигателя требование минимальной массы отходит на второй план. В связи с этим применение дорогих труднообраба-

Рисунок 5.74 - Часть корпуса компрессора авиационного двигателя (вверху) и созданный на его базе корпус компрессора наземного двигателя

тываемых материалов для снижения массы нецелесообразно. Желательно применение деталей простых форм с необходимым минимумом механической обработки. Требуемые запасы прочности обеспечиваются увеличением сечения деталей. На Рис. 5.74 показаны части корпуса компрессора авиационного двигателя и созданного на его базе корпуса компрессора двигателя наземного применения.

Ñбольшой осторожностью следует подходить

êвопросу замены марки материала особо ответственных и сложных в доводке деталей (валов, дисков, лопаток). Изменение материала этих деталей может потребовать проведения дорогостоящих экспериментальных работ - тензометрирования и ча- стотной отстройки лопаток, эквивалентно-цикли- ческих испытаний дисков и валов и т.п.

В качестве исполнительных механизмов поворота лопаток ВНА и НА могут применяться как традиционные для авиационных двигателей гидро- и пневмоцилиндры, так и электропроводы. В слу- чае использования гидроприводов приходится предусматривать специальный гидронасос, поскольку в отличие от авиационного двигателя, где в качестве рабочего тела используется давление топлива основного топливного насоса, промышленные двигатели чаще всего используют газовое топливо.

Как известно, на величину требуемых монтажных и рабочих радиальных зазоров между рабочи- ми лопатками и корпусом, между лопатками НА и ротором влияют предполагаемые условия работы двигателя. Цикл работы промышленного двигателя по сравнению с авиационным характеризуется меньшей напряженностью, более узким

диапазоном рабочих режимов, большей длительностью переходных режимов – запуска приемистости и сброса. Это позволяет в компрессоре промышленного двигателя иметь меньшие монтажные и рабочие радиальные зазоры. Уменьшение радиальных зазоров положительно сказывается на параметрах компрессора – компрессоры промышленых двигателей, созданные на базе авиационных, имеют, как правило, более высокий, чем у прототипа КПД.

5.10 – Особенности работы компрессора в парогазовом цикле

Для эффективного использования ГТЭС в составе ПГУ необходимо поддержание максимально возможной температуры газа за турбиной (Òт*) при снижении температуры наружного воздуха (tн)

èпри дросселировании ГТД. Основной особенностью работы компрессора в парогазовом цикле является то, что поддержание Òт* обеспечивается прикрытием лопаток ВНА и НА компрессора для снижения расхода воздуха при постоянной частоте вращения.

Особенности работы компрессора в парогазовом цикле рассмотрим на примере компрессора ГТЭ-180.

Компрессор ГТЭ-180 является моделью

(ÊÌ = 3,477) КВД авиационного двигателя ПС-90А. Основными особенностями его работы в парогазовом цикле, связанными с изменением угла установки лопаток ВНА и НА от основной программы управления, являются:

-изменение запасов устойчивой работы компрессора;

-изменение максимального момента, действующего на вал механизации управления ВНА.

В связи с тем, что компрессор ГТЭ-180 находится на одном валу с электрогенератором, физи- ческие обороты компрессора всегда постоянны

èравны 3000 об/мин. При изменении температу-

ры окружающей среды tÍ изменяются приведенные обороты компрессора. Рассмотрим особенности работы компрессора в парогазовом цикле при

tÍ = +15°Ñ.

На Рис. 5.75 приведены зависимости температуры газа за турбиной ÒÒ* от мощности ГТУ при фиксированном положении ВНА и при прикрытии ВНА. На Рис. 5.76 приведена зависимость относительной мощности ГТУ от прикрытия ВНА. Как видно из рисунков, для поддержания постоянной ÒÒ* необходимо прикрытие лопаток ВНА. Но при снижении мощно-