2. Требования, предъявляемые к камерам сгорания.

1. Достаточно высокая полнота сгорания топлива.

Значительная неполнота сгорания не только снижает экономичность двигателя, но и способствует усиленному нагарообразованию в камерах и дымлению двигателя.

2. Минимальные потери тепла через стенки камеры во внешнюю среду.

3. Достаточно малая неравномерность температурного поля газового потока в поперечном сечении кольцевого канала на выходе из камеры сгорания.

На выходе из камеры сгорания всегда имеются зоны с более высокой и с более низкой температурой, чем среднемассовая расчетная температура Т_Г*. Опасность представляет лишь чрезмерное местное повышение температуры, которое может привести к прогоранию отдельных сопловых лопаток.

4. У корневых сечений лопаток температура газа должна быть более низкой, чтобы повысить прочность лопаток в этих сечениях, работающих с наибольшими напряжениями под действием центробежных сил. Более низкие температуры желательны и в периферийной части канала, чтобы уменьшить возможность обгорания концевых, наиболее тонких, сечений лопаток и понизить температуру корпуса двигателя.

Наибольшая температура допускается в ядре кольцевого потока – в зоне, соответствующей примерно от 0,5 до 0,7 высоты лопаток.

5. Низкие гидравлические потери, т. е. достаточно высокие значения коэффициента .

Это необходимо для избежания существенного ухудшения показателей двигателя из-за уменьшения работы расширения.

6. Устойчивое горение, т. е. горение без вибраций и срывов пламени во всем диапазоне рабочих режимов камеры в эксплуатации.

7. Минимальная длина факела пламени, поскольку она влияет на длину камеры в целом.

8. Высокий уровень скоростей воздуха и газов, при котором поперечный (диаметральный) габарит камеры получается достаточно малым.

9. Надежный розжиг (запуск) камер при всех условиях эксплуатации.

10. Прочность и жаростойкость, обеспечивающие требуемый гарантийный срок службы камер (ресурс) без ремонта.

11. Минимальная масса и достаточно малые габаритные размеры камеры.

При этом длина камеры должна быть по возможности меньшей, поскольку она обычно непосредственно влияет на длину вала, связывающего турбину с компрессором. Поперечные размеры камеры должны быть такими, чтобы она не выходила за диаметральный габарит компрессора или турбины.

3. Характеристики ступени турбины. Изменения расхода газа, работы турбины и кпд.

Характеристики одноступенчатой турбины в приведенных параметрах представлены на рис. 4.8. Вначале рассмотрим влияние на расход газа, работу и КПД ступени турбины при постоянном значении частоты вращения . При этом для простоты будем полагать, что температура и давление газа на входе в ступень (,) остаются постоянными и равными их расчетным значениям, а изменение производится путем изменения давления на выходе из турбины. В данном случае будем иметь и .

На рис. 4.8 показан общий вид характеристик одноступенчатой турбины по прив приведенных параметрах. Рассмотрим характер приведенных зависимостей.

Рис. 4.8. Характеристики одноступенчатой турбины в приведенных параметраx:

и - приведенная частота вращения и приведенный расход газа; ,,- степень понижения давления при критическом, на расчетном и максимальном режимах;А – «запирание» турбины по расходу газа; А-В – возрастание работы турбины из-за увеличения ;В – «запирание» рабочего колеса, С – максимальное значение и;- КПД турбины

Изменение расхода газа

С ростом перепада давления в ступени турбины происходит увеличение перепада давлений в сопловом аппарате и рабочем колесе, что вызывает увеличение скорости истечения газа из соплового аппарата и , а также увеличение скорости в рабочем колесе. В результате этого возрастает параметр

и ,

где и - площадь и относительная плотность тока в узком сечении межлопаточного канала соплового аппарата.

Увеличение с ростом и соответственно будет продолжаться лишь до тех пор, пока перепад давлений в сопловом аппарате не станет критическим ( и скорость потока в узком сечении (в горле) межлопаточных каналов не достигнет скорости звука («запирания» соплового аппарата) или пока не будет достигнута скорость звука в межлопаточных каналах стоящего за сопловым аппаратом рабочего колеса («запирания» рабочего колеса). Обычно раньше наступает «запирание» соплового аппарата, однако в ступенях со степенью реактивности раньше наступает «запирание» по расходу узкого сечения решетки рабочего колеса.

При «запертом» сопловом аппарате или рабочем колесе дальнейшее увеличение уже не приводит к росту расхода газа через турбину. В этом случае с увеличением будет происходить рост и и соответствующее увеличениескорости вследствие расширения газа в косом срезе решетки соплового аппарата и увеличение скорости на входе в рабочее колесо. Аналогично влияет на расход газа и . Значение , при котором параметр расхода достигает максимального значения, условно назовем критическим ().

Для ступени турбины со степенью реактивности «запирание» по расxоду наступает при . С увеличениемтурбина «запирается» по расxоду газа при более высокиx значенияx

Характер зависимости определяется главным образом величинойи в меньшей степени зависит от расчетной степени реактивности.

Изменение работы турбины

Работа ступени турбины (или) связана однозначной зависимостью си

откуда видно, что с увеличением работа возрастает. Рассмотрим изменения закономерности измененияпри изменении. С увеличениемрастутиа следовательно, растут и скорости потока на выxоде из соплового аппарата и на выxоде из рабочего колеса и. В соответствии с этим увеличиваются окружные составляющие скоростиии работа ступени турбины.

Характер изменения работы ступени турбины от показан на рис. 4.8. До точки В работа увеличивается вследствие возрастания окружных составляющих скоростей. ТочкаА соответствует «запиранию» турбины по расxоду газа. На участке с ростом увеличение скорости ипроисходит только благодаря расширению газа в косом срезе межлопаточных каналов соплового аппарата. При значении, соответствующему точке, скорость потока в узком сечении межлопаточных каналов рабочего колеса достигает скорости звука. Поэтому дальнейшее увеличениеуже не приводит к изменению режима и скорости в сопловом аппарате.

Возможен случай, когда скорость раньше достигнет своего предельного значения (предела расширительной способности косого среза, когда) при, однако этот случай не характерен для турбин авиационных ГТД. Обычно раньше «запирается» узкое сечение канала рабочего колеса, а скоростьне достигает своего предельного значения.

При с ростом увеличение работы турбины будет происходить только в силу роста и соответственноиз-за расширения газа в косом срезе решетки рабочего колеса. При этом увеличениес ростом будет небольшое, так как с ростом скорости увеличивается угол отставания потока в косом срезе, что замедляет рост скорости.

В точке С полностью исчерпывается расширительная способность косого среза рабочего колеса (), скорость (и ) достигает своего максимального значения. Дальнейшее уменьшение давления за турбиной уже не приводит к увеличению и . В точкеС и достигают своих максимальных значений, происходит «запирание» турбины по работе.

Разность , называют запасом работы турбины, она определяет возможность регулирования работы турбины при доводке двигателя за счет измененияпутем изменения площади критического сечения выходного сопла. При малых запасах работа турбина становится практически нерегулируемой, вяло реагирует на изменение площади критического сечения выходного сопла. Запас работы турбины зависит от числа потока за турбиной на расчетном режиме. Чем выше, тем меньше запас работы турбины. Для обеспечения приемлемого запаса работы турбины необходимо на расчетном режиме приниматьне более 0,55...0,6.

Изменение КПД

При заданном с изменением меняется скорость истечения газа из соплового аппарата, поэтому при определенном значении получаются оптимальное отношение и максимальное значение КПД.

Отклонение от его оптимального значения приприводит к отклонению, оти к уменьшению КПД. При уменьшение вызывается в основном ростом скорости потока в турбине и некоторым уменьшением коэффициента скоростивследствие роста угла атаки, а при– уменьшением и ростом скорости .

Влияние изменения частоты вращения на КПД ступени турбины при аналогично влиянию. Отклонение частоты вращенияn от ее оптимального значения при , как видно из треугольников скоростей, приводит к изменению углов потока,и скоростей и к росту гидравлических потерь, уменьшению КПД и работы ступени турбины

Билет 15