Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / 5-10-Osobennosti_raboty_kompressora_v_parogazovom_cikle

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-

ñòè ÃÒÓ íèæå 0,5NÍÎÌ поддержание постоянной ÒÒ* невозможно из-за ограничения величины прикрытия ВНА.

Прикрытие ВНА при фиксированной частоте вращения ротора приводит к изменению запасов устойчивой работы компрессора из-за рассогласования в работе отдельных ступеней. Максимальная величина прикрытия ВНА определяется исходя из условия, что запасы устойчивой работы компрессора должны быть не ниже минимально допустимого уровня.

Для определения максимальной величины прикрытия ВНА проведены расчетно-эксперимен- тальные работы по определению напорных характеристик компрессора при различных значениях прикрытия ВНА от исходной программы регулирования.

На Рис. 5.77 приведены расчетно-экспери- ментальные напорные характеристики компрессора при различных значениях прикрытия ВНА от исходной программы регулирования компрессора и расчетная линия рабочих режимов. На Рис. 5.78 представлены фактические и минимально допустимые запасы устойчивой работы компрессора по критерию:

Из рисунка видно, что прикрытие ВНА от исходной программы регулирования более чем на 30° приводит к снижению запасов устойчивости ниже допустимого уровня. Поэтому максимальная вели- чина прикрытия ВНА от исходной программы регулирования при tÂÕ* = +15°С равна 30°.

На Рис. 5.79 представлена зависимость максимального допустимого прикрытия лопаток ВНА от исходной программы регулирования ∆ (∆α ВНА) от температуры воздуха на входе в компрессор. На Рис. 5.80 приведена зависимость максимального допустимого прикрытия ВНА от приведенной ча- стоты вращения компрессора.

Прикрытие лопаток ВНА и НА при постоянной частоте вращения приводит к изменению максимального момента, действующего на вал механизма управления ВНА и НА. Это изменение в основном связано с увеличением аэродинамических сил, действующих на лопатки ВНА и НА.

По данным расчета прикрытие ВНА от исходной программы регулирования на 24 градуса (при nÏÐ = 3000 об/мин) приводит к изменению аэроди-

5.11 – Материалы, применяемые для деталей компрессоров

Выбор материалов компрессора осуществляется исходя из свойств материала в рабочих условиях эксплуатации. Деталь, изготовленная из выбранного материала, должна удовлетворять нормам прочности при заданных надежности и ресурсе.

5.11.1 – Характеристики применяемых материалов

В компрессоре применяются четыре основные группы материалов:

-алюминиевые сплавы - в диапазоне температур, не превышающих 250îÑ;

-титановые сплавы –в диапазоне температур, не превышающих 500îÑ;

5.11.1.1 – Титановые сплавы

Âнастоящее время наиболее широко в мировой практике применяются в конструкции компрес-

соров титановые сплавы. Титановые сплавы при сравнительно небольшой плотности 4,5 г/см3 против 7,8…8,3 г/см3 у сталей) обладают соизмеримым со сталями пределом прочности. Поэтому, заменяя стальные детали на титановые, можно полу- чить заметное снижение массы компрессора, а зна- чит и всего двигателя в целом.

Âто же время необходимо учитывать, что с увеличением рабочей температуры механические свойства титановых сплавов заметно падают. Кроме этого, титановые сплавы чувствительны

êконцентраторам напряжений, как заложенным в конструкции детали, так и появившимся в результате нарушения технологического процесса при изготовлении. Немаловажным фактором является также возможное нарушение температурного