Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 6-5-Eksperimentalnaja_dovodka_KS
.pdf
Глава 6 - Камеры сгорания
6.5 - Экспериментальная доводка КС
В связи с отсутствием в настоящее время надежных аналитических методик расчета КС из-за сложности протекающих в них рабочих процессов, важная роль в их разработке отводится экспериментальным работам.
Доводка характеристик КС, кроме испытаний на двигателе, производится на специальных стендах
èустановках в модельных и натурных условиях. Существующие экспериментальные стенды
èустановки можно разделить на следующие:
-установки для аэродинамических продувок элементов КС;
-установки для гидравлических проливок топливной аппаратуры;
-установки для огневых испытаний элементов КС.
На установках для аэродинамических продувок определяются расходы воздуха:
-через систему охлаждения жаровых труб
èгазосборников;
-через ФУ жаровых труб;
-через систему охлаждения свечей зажигания
èкожухов обдува топливных форсунок.
На установках для гидравлических проливок определяются:
-гидравлические характеристики топливных форсунок (расходная характеристика, угол конуса распыла, качество распыла, наличие струй в факеле распыла);
-гидравлические характеристики топливной арматуры.
Огневые испытания на одногорелочном отсеке, имитирующем сектор КС с одной горелкой (см. Рис. 6.60), позволяют:
-выполнять оценку герметичности форсунок при работе в нагретом состоянии;
-определять пусковые характеристики КС;
-выполнять оценку теплового состояния элементов КС, в том числе жаровых труб с измерением температур как обычными термопарами, так
èс использованием метода термоиндикаторных красок. Последний метод обеспечивает быстрые
Рисунок 6.60 - Внешний вид одногорелочного стенда 1 – одногорелочный отсек; 2 – входной конфузор; 3 - мерный участок; 4 - воздуховод
118
Глава 6 - Камеры сгорания
Рисунок 6.61 - Внешний вид стенда для испытаний полноразмерной КС 1- КС; 2-корпус вращающейся турели термопар; 3 - мерное устройство; 4 – воздуховод
Рисунок 6.62 - Пример использования термоиндикаторной краски для оценки температурного состояния жаровых труб
119
Глава 6 - Камеры сгорания
наглядные показания пиковых температур и изо- |
- потери давления в тракте КС; |
термического распределения (пример использова- |
- выбросы вредных веществ и полнота сгора- |
ния термоиндикаторных красок приведен на |
ния топлива; |
Ðèñ. 6.62); |
- тепловое состояние элементов конструкции |
- осуществлять доводку температурных полей |
на предельных рабочих режимах; |
за КС (занимающую до 70% времени доводки КС) |
- параметры запуска; |
и предварительную оценку эффективности прини- |
- срывные характеристики при предельных ре- |
маемых конструктивных решений по снижению |
жимах САУ и попадании на вход в КС воды и льда; |
выбросов вредных веществ. |
- поле давлений и скоростей воздуха на входе |
Автономные испытания полноразмерной КС |
â ÊÑ; |
(см. Рис. 6.61) позволяют: |
- характер течения в диффузоре; |
- проводить предварительную оценку темпе- |
- пульсации давления газа в процессе горения |
ратурных полей за КС (см. Рис. 6.63); |
топлива на различных режимах; |
- определять потери давления в тракте КС; |
- нагарообразование на элементах конструк- |
- осуществлять контроль стабильности произ- |
öèè ÊÑ. |
водства жаровых труб и газосборников. |
При экспериментальных работах по доводке |
При испытаниях в составе двигателя опреде- |
КС регистрируются основные параметры, приве- |
ляются: |
денные в таблице 6.1. |
- температурные поля на выходе из КС; |
|
Рисунок 6.63 - Пример получения изотерм полей температур на полноразмерной КС Обозначение: 1…12 – номера жаровых труб; 1…37 – номера лопаток СА1.
120
Глава 6 - Камеры сгорания
Таблица 6.1
Пример перечня измеряемых параметров, используемых при доводке камер сгорания на стенде ОАО «Авиадвигатель»
|
|
Измеряемый параметр, |
Рабочий |
Допустимая |
|
|
суммарная |
||
|
|
единица измерения |
диапазон |
|
|
|
погрешность, % |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Расход топлива, |
êã/÷ |
180…7500 |
±1,8 ÈÇ |
|
- на режимах МГ…МАКС (ЧР) |
500…8150 |
±0,3 ÈÇ |
|
|
- на запуске |
|
0…700 |
±1,0 ÈÇ |
|
|
0…200 |
||
|
|
|
|
|
2 |
Давление топлива на входе в двигатель, кгс/см 2 |
0…3 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
|
|
Давление топлива в 1 контуре форсунок КС, кгс/см2: |
0…100 |
± 0,5 ÂÏ ÍÇ |
|
3 |
- на режиме МГ-МАКС (ЧР); |
|||
|
- на запуске |
|
0…40 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
4 |
Давление топлива во 2 контуре форсунок КС, кгс/см2 |
0…100 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
|
5 |
Давление в топливных дренажных полостях, кгс/см2 |
-0,2…+0,05 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
|
6 |
Температура топлива на входе в двигатель, °С |
-50…+50 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
|
7 |
Давление в кожухе вала, кгс/см2 |
0…0,8 |
± 1,0 ÂÏ ÍÇ |
|
8 |
Полное давление воздуха на входе в двигатель, кгс/см2 |
0…1,6 àáñ |
± 1,0 ÈÇ |
|
9 |
Полное давление воздуха за КВД, кгс/см2 |
0…36 |
± 0,3 ÈÇ |
|
10 |
Температура воздуха на входе в двигатель, К |
223…323 |
± 0,3 ÈÇ |
|
11 |
Температура воздуха за КВД, К |
273…923 |
± 0,3 ÈÇ |
|
12 |
Температура газа за турбиной, К |
273…953 |
± 0,3 ÈÇ |
|
13 |
Атмосферное давление, мм.рт.ст. |
700…800 |
±0,5 ìì.ðò.ñò. |
|
14 |
Температура окружающего воздуха, °С |
-50…+50 |
± 0,3 ÈÇ |
|
15 |
Относительная |
влажность воздуха, % |
0…100 |
± 2,0 ÂÏ |
16 |
Расход воздуха, кг/с |
0…500 |
± 0,8 ÈÇ |
|
17 |
Пульсации давления в камере сгорания, кгс/см2 |
0…0,5 |
± 2,0 ÂÏ |
|
18 |
Эмиссия вредных веществ, ррм |
20…300 |
± 5,0 ÂÏ |
|
Примечание: ВПверхний предел измерения, НЗ – нижнее значение, ИЗ –измеренное значение.
6.6 - Особенности КС двигателей наземного применения
Несмотря на то, что основные процессы в КС авиационных ГТД и ГТД наземного применения аналогичны, к последним предъявляется ряд специфических требований. Во-первых, КС ГТД наземного применения должны обладать существенно более высоким ресурсом (межремонтный ресурс ≈ 25 000 часов, общетехнический ресурс - 100 000 часов). Во-вторых, поскольку ГТД назем-
ного применения располагаются, как правило, вблизи населенных пунктов (особенно это относится к электростанциям), к ним предъявляются более жесткие экологические ограничения. В-треть- их - наземные ГТД должны иметь возможность работы на жидких и газообразных топливах самых различных сортов. И в-четвертых - наземные ГТД должны обеспечивать повышенное удобство в техническом обслуживании и высокую ремонтопригодность. В то же время масса и габариты для КС ГТД наземного применения не имеют такого боль-
121