Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

530

îãðàíè÷åíû. Ïîýòîìó äîñòèãàåìûå ñèñòåìàìè ðå-

ãóëèðîâàíèÿ çàçîðîâ ðåçóëüòàòû ïî-ïðåæíåìó ìî-

ãóò áûòü óëó÷øåíû – ïðåèìóùåñòâåííî â îòíîøå-

íèè îáåñïå÷åíèÿ ìèíèìàëüíûõ çàçîðîâ íå òîëüêî

íà êðåéñåðñêîì, íî è íà äðóãèõ ðàáî÷èõ ðåæèìàõ,

â òîì ÷èñëå íà âçëåòíîì ðåæèìå.

Ñ ó÷åòîì âñåãî âûøåñêàçàííîãî âåñüìà àê-

òóàëüíî íîâîå íàïðàâëåíèå â ðåãóëèðîâàíèè ðà-

äèàëüíûõ çàçîðîâ – ñîçäàíèå êîíñòðóêöèé ñ óï-

ðàâëÿåìîé òåïëîâîé èíåðöèåé êîðïóñà è ðîòîðà

è ñ ñóùåñòâåííî óïðîùåííîé (ñ ñóùåñòâåííî ñíè-

æåííîé ñòîèìîñòüþ) ñèñòåìîé ðåãóëèðîâàíèÿ çà-

çîðîâ. Ýòà òåõíîëîãèÿ ìîæåò ñ÷èòàòüñÿ ëèøü îò-

íîñèòåëüíî íîâîé (òàêàÿ òåõíîëîãèÿ ïðèìåíÿëàñü

íà äâèãàòåëÿõ Rolls-Royce â 1970-õ è 1980-õ ãîäàõ

- áåç ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ êîðïóñîâ).

Ýòà òåõíîëîãèÿ áûëà ïðèìåíåíà è â ñàìîé

ñîâðåìåííîé ÒÂÄ - GP7200. Â êîíñòðóêöèè îáåñ-

ïå÷åíî ñîîòâåòñòâèå òåïëîâîé èíåðöèè ðîòîðà

ñòàòîðà ÒÂÄ è ÒÍÄ, ÷òî ïîçâîëèëî îïòèìèçèðî-

âàòü çàçîðû íà âñåõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ðåæèìàõ.

8.11.9 - Ðàçâèòèå ñðåäñòâ è ìåòîäîâ

ïðîåêòèðîâàíèÿ

Ñîâåðøåíñòâîâàíèå 3D-ìîäåëèðîâàíèÿ ïî-

òîêà â òóðáèíå.

Íàèáîëåå àêòóàëüíûìè íàïðàâëåíèÿìè ñîâåð-

øåíñòâîâàíèÿ 3D-ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿþòñÿ ñëåäó-

þùèå:

- Ïîâûøåíèå äîñòîâåðíîñòè 3D-Íàâüå-Ñòîêñà

(ñõîäèìîñòè ñ ýêñïåðèìåíòîì) è íàäåæíîñòè (óñ-

òîé÷èâîñòè) ðàñ÷åòà óðîâíÿ ïîòåðü â îäèíî÷íîì

âåíöå; íåñìîòðÿ íà îòäåëüíûå óñïåõè â ýòîì íà-

ïðàâëåíèè, î êîòîðûõ ìîæíî óçíàòü íà êîíôåðåí-

öèÿõ, îáùàÿ êàðòèíà, îñîáåííî â îòíîøåíèè êîì-

ìåð÷åñêèõ ïàêåòîâ, îñòàâëÿåò æåëàòü ìíîãî

ëó÷øåãî. Âî ìíîãîì ýòî îáóñëîâëåíî îãðàíè÷åí-

íîñòüþ ñàìîãî ïîäõîäà, îñíîâàííîãî íà èñïîëüçî-

âàíèè ìîäåëåé òóðáóëåíòíîñòè. Â äîëãîñðî÷íîé

ïåðñïåêòèâå íîâûå òåõíîëîãèè (òàêèå, êàê ïðÿìîå

÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå òóðáóëåíòíîñòè) äîëæ-

íû ñíÿòü ìíîãèå èç âûøåóïîìÿíóòûõ îãðàíè÷åíèé.

- Ïîâûøåíèå äîñòîâåðíîñòè ìîäåëèðîâàíèÿ

ìíîãîñòóïåí÷àòûõ òóðáèí ïî 3D-Ýéëåðó è 3D-Íà-

âüå-Ñòîêñó. Ìîäåëèðîâàíèå ìíîãîñòóïåí÷àòîé ïðî-

òî÷íîé ÷àñòè ïîäðàçóìåâàåò èñïîëüçîâàíèå îïðå-

äåëåííîé òåõíîëîãèè îñðåäíåíèÿ ïîòîêà ìåæäó

ëîïàòî÷íûìè âåíöàìè. Ýòî îñðåäíåíèå è ââîäèìûå

ïðè íåì äîïóùåíèÿ äîëæíû â ìàêñèìàëüíîé ñòå-

ïåíè ñîõðàíÿòü ðåàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîòîêà

(íàïðèìåð, ñêà÷êè óïëîòíåíèÿ) è ó÷èòûâàòü íåñòà-

öèîíàðíîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó âåíöàìè. Óæå

ïîýòîìó ìíîãîñòóïåí÷àòîå ìîäåëèðîâàíèå âû-

íóæäåííî ÿâëÿåòñÿ ïðèáëèæåííûì è ìåæâåíöî-

âîå îñðåäíåíèå ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç îñíîâíûõ ïðî-

áëåì

â äëÿ ýòîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Îäíîé èç

âîçìîæíîñòåé äëÿ îáîñíîâàíèÿ ðåøåíèé ýòîé ïðî-

áëåìû ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ýêñïåðèìåíòà.

Ïðàâèëüíûé ó÷åò òàêèõ âòîðè÷íûõ ýôôåêòîâ,

êàê âòåêàíèÿ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà, óòå÷êè â ðà-

äèàëüíûå çàçîðû è ïðèñîåäèíåííûå ïîëîñòè. Âàæ-

íîñòü ó÷åòà ýòèõ âòîðè÷íûõ ïîòîêîâ íà ãåíåðàöèþ

ïîòåðü â òóðáèíå ñòàëà â ïîñëåäíåå âðåìÿ áîëåå

î÷åâèäíîé. Íàïðèìåð, óòå÷êà â ðàäèàëüíûé çàçîð

îäíîãî âåíöà âõîäèò â ñëåäóþùèé âåíåö

ñ áîëüøèì

óãëîì àòàêè è óâåëè÷èâàåò ïðîôèëüíûå è âòîðè÷-

íûå ïîòåðè â ýòîì âåíöå. Ïðèñîåäèíåííûå ïîëîñ-

òè (ñì. Ðèñ. 8.11.9_1 [8.11.10.23]) ñóùåñòâåííî ìå-

íÿþò êàðòèíó òå÷åíèÿ â ïðîòî÷íîé ÷àñòè îêîëî åå

îãðàíè÷èâàþùèõ ïîâåðõíîñòåé è âíîñÿò äîïîëíè-

òåëüíûå ïîòåðè, êîòîðûå âîçðàñòàþò ñ óâåëè÷åíè-

åì ðàäèàëüíîãî çàçîðà.

Â ìîäåëèðîâàíèè ýòèõ ÿâëåíèé, êàê óêàçàíî

â [8.11.10.24], áîëüøóþ ðîëü èãðàþò ìîäåëè òóð-

áóëåíòíîñòè, êîòîðûå íóæäàþòñÿ â äàëüíåéøåì

óëó÷øåíèè äëÿ ïðèäàíèÿ ðåçóëüòàòàì ÷èñëåííî-

ãî ìîäåëèðîâàíèÿ áîëüøåé äîñòîâåðíîñòè íå

òîëüêî â êà÷åñòâåííîì, íî è â êîëè÷åñòâåííîì îò-

íîøåíèè.

Àýðîäèíàìèêà ëîïàòî÷íûõ ðåøåòîê ñ ïëå-

íî÷íûì îõëàæäåíèåì.

Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ëîïàòîê ÒÂÄ, îñîáåííî

ëîïàòîê ñ áîëüøèìè ÷èñëàìè Ìàõà íà ïðîôèëå, âàæ-

íîå çíà÷åíèå ïðèîáðåòàåò ó÷åò âûïóñêà îõëàæäàþ-

ùåãî âîçäóõà â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü. Êàê ïîêàçûâàåò

îïûò Pratt&Whitney â ïðîãðàììå

Å3 [8.11.10.25],

óïðàâëåíèå âûïóñêîì âîçäóõà ìîæåò â äâà ðàçà

ñíèçèòü âîëíîâûå ïîòåðè è íà 20% - ñóììàðíûå

ïîòåðè â òðàíñçâóêîâîé ðåøåòêå.

Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ìåòîäîâ àýðî-

äèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ëîïàòîê.

Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè ñðåäñòâ àýðîäèíà-

ìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ îñòàåòñÿ îäíèì èç íàè-

áîëåå äåéñòâåííûõ ñïîñîáîâ ïîâûøåíèÿ ïðîèçâî-

äèòåëüíîñòè èíæåíåðíûõ ðàáîò. Ïîâûøåíèå

ãèáêîñòè è âîçìîæíîñòåé ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ

ñèíòåçà ëîïàòî÷íûõ ðåøåòîê è ïðîôèëåé, àâòîìà-

òèçàöèÿ ïîäãîòîâêè è ïðîâåäåíèÿ àýðîäèíàìè÷åñ-

êîãî àíàëèçà, ïîâûøåíèå òî÷íîñòè è íàäåæíîñòè

2D/3D-Ýéëåðà, 2D/3D-Íàâüå-Ñòîêñà, îáúåäèíåíèå

ýòèõ ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ â åäèíûé êîìïëåêñ –

ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî ïîâûñèòü êà÷åñòâî ðàçðà-

áîòîê. Â òîì ÷èñëå – çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ êîëè÷å-

ñòâà ïðîåêòíûõ èòåðàöèé çà ðàñïîëàãàåìîå âðåìÿ.

Â ÷àñòíîñòè, ðóêîâîäèòåëè èíæèíèðèíãà GE

Aircraft Engines ñ÷èòàþò, ÷òî ïîâûøåíèå ýôôåê-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

531

Ðèñóíîê 8.11.9_1 – Ñòðóêòóðà òå÷åíèÿ è îòíîñèòåëüíûé óðîâåíü ýíòðîïèè â ïðèñîåäèíåííûõ ïîëîñòÿõ

[8.11.10.23]

à) ïîä íèæíåé ïîëêîé ñîïëîâîé ëîïàòêè; á) íàä âåðõíåé ïîëêîé ðàáî÷åé ëîïàòêè

Ðèñóíîê 8.11.9_2 – Ðåçóëüòàòû àíàëèòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ âÿçêîãî òå÷åíèÿ îêîëî âûõîäíîé êðîìêè

òóðáèííîé ðåøåòêè

òèâ

íîñòè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ è óðîâíÿ îðãà-

íèçàöèè èíæåíåðíûõ ðàçðàáîòîê ïîçâîëèëè êîìïà-

íèè çà ïÿòü ëåò â íåñêîëüêî ðàç óâåëè÷èòü

ïðîèçâî-

äèòåëüíîñòü ïðè ïðîôèëèðîâàíèè íåîõëàæäàåìûõ

ëîïàòîê ÒÍÄ [8.11.10.26]. Ïîâûøåíèå ïðîèçâîäè-

òåëüíîñòè è ýôôåêòèâíîñòè ïðîåêòíûõ ðàáîò âíî-

ñèò ñâîé âêëàä è â ñîêðàùåíèå âðåìåíè äîâîäêè

òóðáèíû.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

532

Ìîäåëèðîâàíèå íåñòàöèîíàðíîãî ïîòîêà

Ìîäåëèðîâàíèå íåñòàöèîíàðíîãî ïîòîêà ÿâëÿ-

åòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ î÷åíü çàòðàòíûì ïî âðåìå-

íè è ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî äëÿ îãðàíè÷åííîãî

êðóãà çàäà÷ – ìîäåëèðîâàíèÿ íåñòàöèîíàðíîãî (âèá-

ðàöèîííîãî) íàãðóæåíèÿ ëîïàòîê è äëÿ ìîäåëèðî-

âàíèÿ îïòèìàëüíîãî îêðóæíîãî óãëîâîãî ñìåùåíèÿ

ëîïàòîê â ìíîãîñòóïåí÷àòîé òóðáèíå.

Â îáîèõ ýòèõ

ñëó÷àÿõ óðîâåíü âàæíîñòè ïîëó÷àåìîé èíôîðìà-

öèè ïîêà íå ÿâëÿåòñÿ êðèòè÷åñêè âàæíûì äëÿ ïðî-

åêòèðîâàíèÿ.

Èñïîëüçîâàíèå íåñòàöèîíàðíîãî ìîäåëèðîâà-

íèÿ äëÿ ëó÷øåãî ðàñ÷åòà óðîâíÿ ïîòåðü â ðåàëü-

íîé òóðáèíå è ðåàëüíûõ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé äëÿ

âåíöîâ íàõîäèòñÿ ïîêà íà íà÷àëüíîé ñòàäèè. Ïðà-

âèëüíîå ìîäåëèðîâàíèå íåñòàöèîíàðíûõ ïðîöåñ-

ñîâ â ðåàëüíîé òóðáèíå äîëæíî áûòü îáîñíîâàíî

ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè î÷åíü âûñîêîãî

óðîâíÿ.

8.11.10 – Ïåðå÷åíü èñïîëüçîâàííîé

ëèòåðàòóðû

8.11.10.1 Benzakein M.J. Propulsion Strategy for the

Century – A Vision into the Future. ISABE-2001-

1005.

8.11.10.2 Haselbach F., Schieffer H., Horsman M.,

Harvey N. The Application of Ultra High Lift Blading

in the BR715 LP Turbine. 2001-GT-0436.

8.11.10.3 Thrust for Change. Flight International, 26

June – 2 July 2001.

8.11.10.4 Mari C. Trends in the Technological

Development of Aeroengines: An Overview. ISABE-

2001-1012, 2001.

8.11.10.5 GP7200: Quiet Power for the A380. Engine

Yearbook 2003. Aviation Industry Press, 2003.

8.11.10.6 Energy Efficient Engine. Low Pressure

Turbine Subsonic Cascade Component Development

and Integration Program. P&W/NASA CR-165592,

1982.

8.11.10.7 Trent 900. Engine Yearbook 2004. Aviation

Industry Press, 2004.

8.11.10.8 GE Investing $1 Billion in 7E7’s GEnx

Engine. Aviation Week Show News – Farnborough

2004, July 19, 2004.

8.11.10.9 Walther R., Zarzalis N., Niehuis R. Designing

Advanced Components for High Bypass Engines.

ISABE 99-7109, 1999.

8.11.10.10 Civil engine makers in for the long haul.

INTERAVIA, November/December 2002.

8.11.10.11 Ni R.-H. Advanced Modeling Techniques

for New Commercial Engines. ISABE Paper 99-7043,

1999.

8.11.10.12 Meece C. Gas Turbine Technologies of the

Future. ISABE 95-7006, 1995.

8.11.10.13 Mega-Rig. MTU Report, 1/2003.

8.11.10.14 Sharma O.P., Kopper F.C. Stetson G.M.,

Magge S.S., Price F.R., Ni R. A Perspective on the

Use of Physical and Numerical Experiments in the

Advancement of Design Technology for Axial Flow

Turbines. ISABE 2003-1035, 2003.

8.11.10.15 Gonzalez P., Ulizar I. Advanced Low

Pressure Turbine Design for a High By-pass Ratio Aero

Engine. ISABE 2001-1061, 2001

8.11.10.16 Harvey N.W., Brennan G., Newman D.A.

Improving Turbine Efficiency Using non-axisymmetric

End Walls: Validation in the Multi-Row environment

and with Low Aspect Ratio Blading. GT-2002-30337,

Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002.

8.11.10.17 Gupta D.K. Materials and Processes for

Affordable and High Performance Propulsion Systems.

ISABE-2001-1104.

8.11.10.18 Steffens K., Wilhelm H. Next Engine

Generation: Materials, Surface Technology,

Manufacturing Processes. What comes after 2000?

MTU Aero Engines, 2000.

8.11.10.19 Aviation Week & Space Technology.

February 23, 1998.

8.11.10.20 Caesar Targets Tech Transfer. Aviation

Week & Space Technology, February 9, 1998.

8.11.10.21 Dailey G.M. Design and Calculation Issues.

Aero-Thermal Performance of Internal Cooling

Systems in Turbomachines. Lecture Series 2000-03.

Von Karman Institute for Fluid Dynamics, 2000.

8.11.10.22 No Surprises. Aviation Week & Space

Technology. August 25, 2003.

8.11.10.23 Gier J., Stubert B., Brouillet B., De Vito l.

Interaction of Shroud Leakage Flow and Main Flow

in a Three-Stage LP Turbine. GT2003-38025.

Proceedings of ASME Turbo Expo 2003.

8.11.10.24 Horlock J.H., Denton J.D. A Review of

some design practice using CFD and a current

perspective. GT2003-38973. ASME TURBO EXPO

2003.

8.11.10.25 Energy Efficient Engine. Component

Development and Integration Program. High-Pressure

Turbine Supersonic Cascade Technology Report.

P&W. NASA CR-165567, 1981.

8.11.10.26 General Electric Aims At 18-Month Engine.

Aviation Week & Space Technology, October 21, 2002.

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

533

8.12 - Àíãëî-ðóññêèé ñëîâàðü-

ìèíèìóì

Active Clearance Control (ACC) – ñèñòåìà àêòèâíî-

ãî ðåãóëèðîâàíèÿ ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ

airfoil – ëîïàòêà

– (Annulus Area x rpm

) – ïðîèçâåäåíèå êîëü-

öåâîé ïëîùàäè íà âûõîäå èç ðàáî÷åé ëîïàòêè íà

êâàäðàò îáîðîòîâ â ìèíóòó (âåëè÷èíà, ïðÿìî ïðî-

ïîðöèîíàëüíàÿ íàïðÿæåíèÿì ðàñòÿæåíèÿ â ðàáî-

÷åé ëîïàòêå)

aspect ratio – îòíîøåíèå äëèíû ëîïàòêè ê åå îñå-

âîé õîðäå

backflow margin – ïåðåïàä äàâëåíèÿ íà îòâåðñòèè

ïëåíî÷íîãî îõëàæäåíèÿ ñ ó÷åòîì íàèõóäøåãî ñî-

÷åòàíèÿ äîïóñêîâ

bBlade – ðàáî÷àÿ ëîïàòêà

containment – óäåðæàíèå âíóòðè êîðïóñà îáîðâàâ-

øåéñÿ ðàáî÷åé ëîïàòêè

convergence ratio – êîíôóçîðíîñòü ëîïàòî÷íîé ðå-

øåòêè (îòíîøåíèå ïëîùàäè ñå÷åíèÿ äëÿ ïîòîêà íà

âõîäå ëîïàòî÷íîãî âåíöà ê ïëîùàäè íà âûõîäå èç

âåíöà)

cooling effectiveness – îòíîñèòåëüíàÿ ýôôåêòèâ-

íîñòü îõëàæäåíèÿ (îòíîøåíèå ðàçíèöû òåìïåðà-

òóð ãàçà è ìåòàëëà ëîïàòêè ê ðàçíèöå òåìïåðàòóð

ãàçà è îõëàæäàþùåãî âîçäóõà)

corrected rotor speed – ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà òóð-

áèíû, ïðèâåäåííàÿ ê òåìïåðàòóðå ãàçà ïåðåä òóð-

áèíîé èëè ïåðåä ðîòîðîì òóðáèíû (ïîäåëåííàÿ íà

êâàäðàòíûé êîðåíü èç òåìïåðàòóðû)

design increments – äîáàâêè ê òåìïåðàòóðå ãàçà, îõ-

ëàæäàþùåãî âîçäóõà è ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ïðè ïðî-

åêòèðîâàíèè òóðáèíû, îòðàæàþùèå âåðîÿòíûå óñ-

ëîâèÿ ýêñïëóàòàöèè è âëèÿíèå ýôôåêòîâ óñòàíîâêè,

ïðîèçâîäñòâåííûõ äîïóñêîâ, èçíîñà, òî÷íîñòè ðå-

ãóëèðîâàíèÿ è òàê äàëåå

efficiency – êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ

(ÊÏÄ) òóðáèíû

EGT (Exit Gas Temperature) – òåìïåðàòóðà ãàçà, èç-

ìåðÿåìàÿ çà òóðáèíîé äâèãàòåëÿ (îäèí èç îñíîâ-

íûõ ïàðàìåòðîâ, õàðàêòåðèçóþùèõ èçíîñ äâèãàòå-

ëÿ è åãî òåïëîíàïðÿæåííîñòü â ýêñïëóàòàöèè - ïî

îòíîøåíèþ ê ðåãëàìåíòèðîâàííûì â ðóêîâîäñòâå

ïî ýêñïëóàòàöèè çíà÷åíèÿì EGT)

expansion ratio – îòíîøåíèå ïîëíûõ äàâëåíèé ïå-

ðåä è çà òóðáèíîé

firtree – çàìêîâîå ñîåäèíåíèå ðàáî÷åé ëîïàòêè

«åëî÷íîãî» òèïà

flow guides – óäëèíåíèÿ íàðóæíîé è âíóòðåííåé

ïîëêè ëîïàòêè äëÿ ïåðåêðûòèÿ îñåâîãî çàçîðà è

ïîâûøåíèÿ ãëàäêîñòè ïðîòî÷íîé ÷àñòè

flow parameter – ïðèâåäåííûé ðàñõîä ãàçà ÷åðåç

òóðáèíó (ïðîèçâåäåíèå ðàñõîäà íà êâàäðàòíûé êî-

ðåíü èç òåìïåðàòóðû, ïîäåëåííîå íà ïîëíîå äàâ-

ëåíèå), îïðåäåëÿåòñÿ äëÿ ñå÷åíèé íà âõîäå â òóð-

áèíó èëè íà âõîäå â ðîòîð

gage point – òî÷êà íà ïðîôèëå, ñîîòâåòñòâóþùàÿ

ìèíèìàëüíîìó ñå÷åíèþ ìåæëîïàòî÷íîãî êàíàëà

hub/tip ratio – îòíîøåíèå âíóòðåííåãî äèàìåòðà

ëîïàòêè ê åå íàðóæíîìó äèàìåòðó (èçìåðÿåìîå

îáû÷íî ïî âûõîäíîé êðîìêå)

incidence – óãîë àòàêè (ðàçíèöà ìåæäó óãëîì ïðî-

ôèëÿ è óãëîì ïîòîêà íà âõîäå â ëîïàòêó)

leaned/bowed (vanes) – ñîïëîâûå ëîïàòêè, âûïîë-

íåííûå ñ íàêëîíîì èëè èçãèáîì

loading parameter – ïàðàìåòð íàãðóçêè (óäåëüíàÿ

ðàáîòà òóðáèíû ïî ïàðàìåòðàì òîðìîæåíèÿ, äåëåí-

íàÿ íà óäâîåííûé êâàäðàò îêðóæíîé ñêîðîñòè). Ñ

óìåíüøåíèåì ïàðàìåòðà íàãðóçêè ÊÏÄ îáû÷íî

óâåëè÷èâàåòñÿ.

map (turbine map) – ãðàôèêè õàðàêòåðèñòèê òóðáè-

íû - çàâèñèìîñòè åå ÊÏÄ è ïðèâåäåííîãî ðàñõîäà

îò ïðèâåäåííîé ÷àñòîòû âðàùåíèÿ è îòíîøåíèÿ

ïîëíûõ äàâëåíèé.

outer air seal – óïëîòíåíèå (âñòàâêà) â ïðîòî÷íîé

÷àñòè òóðáèíû íàä ðàáî÷åé ëîïàòêîé

pedestals – øòûðüêè (èíòåíñèôèêàòîðû îõëàæäå-

íèÿ âî âíóòðåííåé ïîëîñòè îõëàæäàåìîé ëîïàòêè)

pitch – øàã òóðáèííîé ðåøåòêè (ðàññòîÿíèå ìåæäó

ïðîôèëÿìè íà îäíîì ðàäèóñå)

pressure ratio – îòíîøåíèå ïîëíûõ äàâëåíèé ïåðåä

è çà òóðáèíîé (ïåðåïàä äàâëåíèé íà òóðáèíå)

reaction (pressure reaction) – ðåàêòèâíîñòü òóðáèí-

íîé ñòóïåíè ïî äàâëåíèþ (íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëü-

çóåòñÿ â çàðóáåæíîé ïðàêòèêå) – îòíîøåíèå ïåðå-

ïàäà ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ íà ðàáî÷åé ëîïàòêå ê

îáùåìó ïåðåïàäó ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ íà ñòóïå-

íè

redline (EGT, speed, inlet temperature) – ìàêñèìàëü-

íàÿ âåëè÷èíà ïàðàìåòðà òóðáèíû (òåìïåðàòóðû

ãàçà íà âûõîäå, ÷àñòîòû âðàùåíèÿ, òåìïåðàòóðû íà

âõîäå) òóðáèíû ñ ó÷åòîì äîáàâîê (çàïàñîâ) íà ïðî-

èçâîäñòâåííûå äîïóñêà, èçíîñ è òàê äàëåå. Ïðåâû-

øåíèå ýòîé âåëè÷èíû ïî êîíòðîëèðóåìîìó ïàðà-

ìåòðó (EGT, speed) îáû÷íî ïðèâîäèò ê âûâîäó

äâèãàòåëÿ èç ýêñïëóàòàöèè

ribs – ðåáðà íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè îõëàæäàå-

ìîé ëîïàòêè äëÿ óâåëè÷åíèÿ èíòåíñèâíîñòè òåï-

ëîîòäà÷è.

Rotor Inlet Temperature (RIT, Ò4.1) – òåìïåðàòóðà

ãàçà íà âõîäå â ðîòîð ÒÂÄ (Òñà)

rotor speed – ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà (îáîðîòîâ â

ìèíóòó).

showerhead – ïëåíî÷íîå îõëàæäåíèå âõîäíîé êðîì-

êè ëîïàòêè.

shroud – áàíäàæíàÿ ïîëêà (ðàáî÷åé) ëîïàòêè

solidity – ãóñòîòà ðåøåòêè ïðîôèëåé (âåëè÷èíà, îá-

Ãëàâà 8 - Òóðáèíû ÃÒÄ

534

ðàòíàÿ îòíîøåíèþ øàãà ðåøåòêè ê õîðäå ïðîôè-

ëÿ)

span – äëèíà ëîïàòêè

swirl – óãîë çàêðóòêè ïîòîêà çà òóðáèíîé (îò îñå-

âîãî íàïðàâëåíèÿ)

stagger – óãîë óñòàíîâêè ïðîôèëÿ ëîïàòêè (óãîë

ìåæäó êàñàòåëüíîé ê âõîäíîé è âûõîäíîé êðîì-

êàì ïðîôèëÿ è ôðîíòîì ðåøåòêè)

Thermal Barrier Coating (TBC) – òåðìîáàðüåðíîå ïî-

êðûòèå.

TOBI (Tangential On-Board Injection) – óñòðîéñòâî

ïðåäâàðèòåëüíîé çàêðóòêè îõëàæäàþùåãî âîçäó-

õà ïåðåä ðîòîðîì ÒÂÄ

trip strips – ìåëêèå ðåáðà íà âíóòðåííåé ïîâåðõíî-

ñòè îõëàæäàåìîé ëîïàòêè, ðàñïîëîæåííûå ïîä óã-

ëîì ê íàïðàâëåíèþ ïîòîêà âîçäóõà

Turbine Entry Temperature – TET (Turbine Inlet

Temperature, T4) – òåìïåðàòóðà ãàçà ïåðåä òóðáè-

íîé

turning – óãîë ïîâîðîòà ïîòîêà â ëîïàòî÷íîé ðå-

øåòêå

vane – ñîïëîâàÿ ëîïàòêà

Velocity Ratio (VR) – îòíîøåíèå ñêîðîñòåé íà ñðåä-

íåì äèàìåòðå òóðáèíû, îòðàæàþùåå åå àýðîäèíà-

ìè÷åñêóþ íàãðóçêó (ðàâíÿåòñÿ êîðíþ êâàäðàòíî-

ìó èç ñóììû êâàäðàòîâ îêðóæíûõ ñêîðîñòåé

ñòóïåíåé, ïîäåëåííîé íà óäâîåííóþ óäåëüíóþ ðà-

áîòó òóðáèíû ïî ïàðàìåòðàì òîðìîæåíèÿ). Ñ óâå-

ëè÷åíèåì VR ÊÏÄ îáû÷íî âîçðàñòàåò

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

535

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå

óñòðîéñòâà ÃÒÄ

Ýòèì òåðìèíîì îïðåäåëÿåòñÿ øèðîêèé êëàññ

óñòðîéñòâ, ÿâëÿþùèõñÿ íåîòúåìëåìîé ÷àñòüþ ëþ-

áîãî ÃÒÄ è îáúåäèíåííûõ ôóíêöèåé ôîðìèðîâà-

íèÿ íåîáõîäèìîãî âûõîäíîãî èìïóëüñà ïî âåëè÷è-

íå è íàïðàâëåíèþ. Â çàâèñèìîñòè îò òðåáîâàíèé

ê âûõîäíîìó èìïóëüñó âûõîäíûå óñòðîéñòâà (ÂÓ)

ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû:

1. ÂÓ, êîòîðûå ôîðìèðóþò ìàêñèìàëüíî âîç-

ìîæíûé èìïóëüñ è â íóæíîì íàïðàâëåíèè. Â îñíîâ-

íîì - ýòî ÂÓ ÂÐÄ. Âìåñòå ñ âîçäóõîçàáîðíèêàìè îíè

òåñíî èíòåãðèðîâàíû ñ ËÀ è â çíà÷èòåëüíîé ñòåïå-

íè îïðåäåëÿþò åãî õàðàêòåðèñòèêè.

2. ÂÓ, îñíîâíîå íàçíà÷åíèå êîòîðûõ - îáåñïå-

÷èòü «âûáðîñ» ðàáî÷åãî òåëà ñ ìèíèìàëüíî âîç-

ìîæíûì âûõîäíûì èìïóëüñîì. Ê ýòîé ãðóïïå îò-

íîñÿòñÿ äèôôóçîðû, óëèòêè, âûõëîïíûå ïàòðóáêè.

Êðîìå îñíîâíîé ôóíêöèè ôîðìèðîâàíèÿ âû-

õîäíîãî èìïóëüñà ÂÓ â çàâèñèìîñòè îò íàçíà÷åíèÿ

ÃÒÄ ìîãóò îáåñïå÷èâàòü äîïîëíèòåëüíî:

- ðåãóëèðîâàíèå äâèãàòåëÿ;

- óïðàâëåíèå âåêòîðîì òÿãè (âêëþ÷àÿ ðåâåð-

ñèðîâàíèå òÿãè);

- ñíèæåíèå èíôðàêðàñíîé è ðàäèîëîêàöèîí-

íîé çàìåòíîñòè;

- ñíèæåíèå øóìà;

- âûâîä òðàíñìèññèè (âûõîäíîãî âàëà);

- «ó÷àñòèå» â ñèëîâîé ñõåìå ïîäâåñêè.

Ñîâðåìåííûå ÂÓ ÷àñòî ñîâìåùàþò íåñêîëü-

êî ôóíêöèé è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âåñüìà ñëîæíûå

êîíñòðóêöèè. Íèæå ïðèâåäåíû ïðèìåðû ÂÓ.

Íà Ðèñ. 9_1 ïîêàçàíî ÂÓ ÒÐÄÄ ÏÑ-90À, ñî-

ñòîÿùåå èç ñîïëà ñî ñìåøåíèåì ïîòîêîâ è ðåâåð-

ñèâíîãî óñòðîéñòâà (ÐÓ).

Íà Ðèñ. 9_2 ïîêàçàíî ÂÓ ÒÐÄÄÔ Ä-30Ô6 –

ðåãóëèðóåìîå ñîïëî (ÐÑ).

Íà Ðèñ. 9_3 ïðèâåäåíî ÂÓ âåðòîëåòíîãî äâè-

ãàòåëÿ Ä-25Â – âûõëîïíîé ïàòðóáîê.

Íà Ðèñ. 9_4 ïîêàçàíî ÂÓ ÃÒÄ (ôèðìû Solar)

ïðîìûøëåííîãî ïðèìåíåíèÿ – «óëèòêà».

ÂÓ, â êîòîðûõ ñòàòè÷åñêîå äàâëåíèå â ïðîöåñ-

ñå òå÷åíèÿ ïàäàåò, ñêîðîñòü ðàñòåò, ò.å. ïîòåíöèàëü-

íàÿ ýíåðãèÿ ðàáî÷åãî òåëà ïðåîáðàçóåòñÿ â êèíå-

òè÷åñêóþ ýíåðãèþ ñòðóè, íàçûâàþòñÿ ñîïëàìè.

Ñîïëà – íàèáîëåå øèðîêèé êëàññ ÂÓ. Îíè ïðèìå-

íÿþòñÿ íà âñåõ ÒÐÄ, ÒÐÄÄ, ÒÐÄÔ, ÒÐÄÄÔ, ÏÂÐÄ,

à òàêæå íà æèäêîñòíûõ è òâåðäîòîïëèâíûõ ðàêåò-

íûõ äâèãàòåëÿõ, êîòîðûå çäåñü íå ðàññìàòðèâàþò-

ñÿ. Îñíîâíîå èõ íàçíà÷åíèå – ôîðìèðîâàíèå ìàê-

ñèìàëüíîãî âûõîäíîãî èìïóëüñà.

Íà Ðèñ. 2.1.1.1_1 ïîêàçàí ïðîñòîé ãàçîòóðáèí-

íûé öèêë â Ò-S äèàãðàììå. Îäíèì èç îáðàçóþùèõ

ýòîò öèêë ïðîöåññîâ ÿâëÿåòñÿ ïðîöåññ ðàñøèðåíèÿ

ãàçà â ñîïëå (ñì. Ðèñ. 9_5). Åñëè áû ãàç ðàñøèðÿë-

ñÿ â ñîïëå áåç ïîòåðü, òî åãî ýíòðîïèÿ áûëà áû

Ðèñóíîê 9_1 – ÒÐÄÄ ÏÑ-90À

1 – ÐÓ ðåøåò÷àòîãî òèïà, 2 – ñìåñèòåëü, 3 – ñîïëî, 4 – çàòóðáèííûé êîíóñ

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

536

ïî

ñòî

ÿííîé (S = const) è ýòîò ïðîöåññ èçîáðàæàëñÿ

áû ëèíèåé Ò-Ñ“ (ñì. Ðèñ. 9_5). Ðåàëüíûé ïðîöåññ

(ëèíèÿ Ò-Ñ) ïðîèñõîäèò âñåãäà ñ ïîòåðÿìè è ðîñ-

òîì ýíòðîïèè. Ïðè ýòîì êîíå÷íàÿ òåìïåðàòóðà ãàçà

â ðåàëüíîì ïðîöåññå âñåãäà âûøå, ÷åì â

èäåàëüíîì

íà

∆∆

∆

Ò( ÷òî ñâÿçàíî ñ ïåðåõîäîì ÷àñòè ýíåðãèè âñëåä-

ñòâèå òðåíèÿ â òåïëî) à ïîëíîå äàâëåíèå íèæå -

<Ð

. Ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ èç ñîïëà â ðåàëüíîì

ïðîöåññå – V

âñåãäà ìåíüøå ÷åì

èäåàëüíîì – V

c.èä

ïîýòîìó ýôôåêòèâíîñòü ñîïëà ìîæíî îöåíèâàòü èõ

îòíîøåíèåì:

ϕϕ

= V

/ V

c èä.

(9-1)

êîòîðîå íàçûâàåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ñêîðîñòè.

Ãèäðàâëè÷åñêèå ïîòåðè â ïðîöåññå ðàñøèðå-

íèÿ ãàçà â ñîïëå õàðàêòåðèçóþòñÿ êîýôôèöèåíòîì

âîññòàíîâëåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ

σσ

* = Ð

/ Ð

Îñíîâíûìè ïðè÷èíàìè îáðàçîâàíèÿ ïîòåðü

ÿâëÿþòñÿ:

- íåðàâíîìåðíîñòü ïîòîêà â ñîïëå;

- íåðàñ÷åòíîñòü, ñâÿçàííàÿ ñ ðàáîòîé ñîïëà íà

ðåæèìàõ ïåðåðàñøèðåíèÿ èëè íåäîðàñøèðåíèÿ

ãàçà (Ð

≠≠

≠

, ñì. Ðèñ. 9.1_3);

- òðåíèå ãàçà î ñòåíêè ñîïëà;

- óòå÷êè ãàçà èç ïðîòî÷íîé ÷àñòè (â ñîåäèíå-

íèÿõ: íàïðèìåð, ïî ôëàíöó êðåïëåíèÿ ñîïëà è ò.ï.).

Ðèñóíîê 9_2 – ÒÐÄÄÔ Ä-30Ô6

1 - ðåãóëèðóåìîå ñîïëî

Ðèñóíîê 9_3 – Äâèãàòåëü Ä-25Â

1 - âûõëîïíîé ïàòðóáîê

Ðèñóíîê 9_4 – ÃÒÄ ïðîìûøëåííîãî ïðèìåíåíèÿ

(Saturn Gas Turbine of Solar Turbines

Incorporated)

1 - «óëèòêà»

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

537

Êîýôôèöèåíòû âîññòàíîâëåíèÿ ïîëíîãî äàâ-

ëåíèÿ

σσ

* è ñêîðîñòè

ϕϕ

ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì

[9.12.1]:

, (9-2)

ãäå

ππ

* = Ð

*/Ð

– ñòåïåíü ðàñøèðåíèÿ ãàçà â ñîï-

ëå.

Èíòåãðàëüíî îöåíèòü ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû

ñîïåë ìîæíî ñ ïîìîùüþ êîýôôèöèåíòîâ òÿãè

, ñêîðîñòè

ϕϕ

= V

C.ÈÄ

, èìïóëüñà

, [9.12.2]:

= G

ϕϕ

-P

)

(9-3),

= G

ϕϕ

Ðèñóíîê 9_5 – Ïðîöåññ ðàñøèðåíèÿ ãàçà â ñîïëå

*, Ò

- ïîëíîå äàâëåíèå è ïîëíàÿ

òåìïåðàòóðà íà âõîäå â ñîïëî (íà

âûõîäå èç òóðáèíû); P

, Ò

- ñòàòè-

÷åñêîå äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà íà

âõîäå â ñîïëî (íà âûõîäå èç òóðáè-

íû); P

*, P

- ïîëíîå è ñòàòè÷åñêîå

äàâëåíèå íà âûõîäå èç ñîïëà; P

- àò-

ìîñôåðíîå äàâëåíèå

ãäå R

, V

, I

– ñîîòâåòñòâåííî äåéñòâè-

òåëüíûå òÿãà ñîïëà, ñêî-

ðîñòü èñòå÷åíèÿ ãàçà è âû-

õîäíîé èìïóëüñ, îïðåäåëåí-

íû ñ ó÷åòîì ãèäðàâëè÷åñêèõ

ïîòåðü ãàçà â ñîïëå;

Ñ.ÈÄ

, V

Ñ.ÈÄ

, I

Ñ.ÈÄ

– ñîîòâåòñòâåííî èäåàëüíûå

òÿãà ñîïëà, ñêîðîñòü èñòå÷å-

íèÿ ãàçà è âûõîäíîé èì-

ïóëüñ, îïðåäåëåííûå ïî

ôîðìóëàì (9-3) ïðè óñëîâèè

ïîëíîãî ðàñøèðåíèÿ ãàçà

áåç ïîòåðü äî äàâëåíèÿ â îê-

ðóæàþùåé ñðåäå (Ð

= Ð

);

λλ

– ïðèâåäåííàÿ ñêîðîñòü ãàçà

íà âûõîäå èç ñîïëà, îïðåäå-

ëÿåòñÿ ïî ãàçîäèíàìè÷åñêîé

ôóíêöèè

ππ

(

λλ

) = Ð

σσ

);

αα

= 18,1 ïðè k = 1,33 (äëÿ

ãàçà);

αα

= 18,3 ïðè k = 1,4

(äëÿ âîçäóõà).

Âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà âîññòàíîâëåíèÿ

ïîëíîãî äàâëåíèÿ çàâèñèò îò ïåðåïàäà äàâëåíèÿ

â ñîïëå: ñ óâåëè÷åíèåì

ππ

* âåëè÷èíà

σσ

* óìåíü-

øàåòñÿ. Êîýôôèöèåíò ñêîðîñòè íåðåãóëèðóåìûõ

ñîïåë âñåãäà ìåíüøå 1 è ìåíÿåòñÿ â äèàïà

çîíå

ϕϕ

= 0,97…0,985. Âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà òÿãè

åíüøå 1 è äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ

íà ðåæèìå ïîëíîãî ðàñøèðåíèÿ.

9.1 - Íåðåãóëèðóåìûå ñîïëà

Ôîðìà ïðîòî÷íîé ÷àñòè ñîïëà îïðåäåëÿåòñÿ,

â îñíîâíîì, äèàïàçîíîì èçìåíåíèÿ ñòåïåíè ïîíè-

æåíèÿ äàâëåíèÿ ãàçà («ïåðåïàäîì» äàâëåíèé)

â ñîï-

ëå -

ππ

è òðåáîâàíèÿìè ê ðåæèìàì ðàáîòû äâèãà-

òåëÿ, íà êîòîðûõ äîëæíà áûòü ïîëó÷åíà åãî

ìàêñèìàëüíàÿ ýôôåêòèâíîñòü.

Ïðè îêîëîêðèòè÷åñêèõ è íåáîëüøèõ çàêðèòè-

÷åñêèõ

ππ

(

ππ

max

<2,5),

÷òî õàðàêòåðíî äëÿ äâè-

ãàòåëåé òðàíñïîðòíûõ è ïàññàæèðñêèõ ñàìîëåòîâ

ñ êðåéñåðñêîé ñêîðîñòüþ äî 900 êì/÷àñ, ñîïëà, êàê

ïðàâèëî, âûïîëíÿþòñÿ â âèäå ñóæàþùèõñÿ èëè

ñóæàþùèõñÿ ñ íåáîëüøèì ðàñøèðÿþùèìñÿ çà êðè-

òè÷åñêèì ñå÷åíèåì ó÷àñòêîì êîíè÷åñêèõ èëè ïðî-

ôèëèðîâàííûõ êàíàëîâ. Ãåîìåòðèÿ êàíàëà ñîïëà

íåèçìåííà è îïòèìèçèðóåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ïî-

ëåòíîãî öèêëà, ÷àùå âñåãî äëÿ êðåéñåðñêîãî ðåæè-

ìà. Òàêèå ñîïëà íàçûâàþòñÿ íåðåãóëèðóåìûìè èëè

«æåñòêèìè».

Íàïîìíèì, ÷òî êðèòè÷åñêèé ïåðåïàä äàâëåíèé

â ñîïëå îïðåäåëÿåòñÿ èç óñëîâèÿ äîñòèæåíèÿ ñêî-

ðîñòè ïîòîêà, ðàâíîé ñêîðîñòè çâóêà

λλ

= 1

â âûõîä-

íîì ñå÷åíèè (íà «ñðåçå») ñóæàþùåãîñÿ ñîïëà:

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

538

(9.1-1),

ãäå k - ïîêàçàòåëü àäèàáàòû ãàçà, ïðè k = 1,33 (äëÿ

ãàçà)

π∗π∗

π∗

êð

≈ 1,85.

Ñîïëà òàêîãî òèïà èñïîëüçóþòñÿ íà âñåõ ÒÐÄ,

ÒÐÄÄ, à òàêæå ÒÂÄ. Îíè âõîäÿò â ñîñòàâ ÂÓ ÒÐÄÄ

ñî ñìåøåíèåì.

Íà Ðèñ. 9.1_1 ïîêàçàíû òèïû íåðåãóëèðóåìûõ

ñîïåë.

Ñóæàþùèåñÿ ñîïëà ìîãóò èìåòü âèä:

- êîíóñà ñ óãëîì íàêëîíà íå áîëåå 10…12 ãðà-

äóñîâ (ñì. Ðèñ. 9.1_1à) [9.12.3];

- ïðîôèëèðîâàííîãî êàíàëà (ñì. Ðèñ. 9.1_1á),

îáðàçîâàííîãî âðàùåíèåì êðèâîé, íàïðèìåð, îïè-

ñûâàåìîé ôîðìóëîé Âèòîøèíñêîãî (ñì. Ðèñ. 9.1_2):

(9.1-2),

ãäå BS = R

âõ

-R

êð

, BT = (X / L

)

;

âõ

– ðàäèóñ íà âõîäå â ñîïëî;

êð

– ðàäèóñ ñîïëà â êðèòè÷åñêîì ñå÷åíèè;

– äëèíà ñîïëà;

Õ, Ó

– ò

åêóùèå êîîðäèíàòû òî÷åê, ëåæàùèõ íà

îáðàçóþùåé, íà÷èíàÿ îò âõîäà â ñîïëî.

Ìèíèìàëüíàÿ ïëîùàäü ñóæàþùåãîñÿ ñîïëà íà

âûõîäå ïðè äîêðèòè÷åñêèõ ïåðåïàäàõ äàâëåíèÿ

îïðåäåëÿåòñÿ:

(9.1-3),

Ðèñóíîê 9.1_1 - Òèïû íåðåãóëèðóåìûõ ñîïåë

à) – êîíóñíîå ñóæàþùååñÿ ñîïëî; á) – ñóæàþùååñÿ ñîïëî Âèòîøèíñêîãî; â) – ñóæàþùååñÿ-

ðàñøèðÿþùååñÿ ñîïëî (ñîïëî Ëàâàëÿ)

ãäå G

, Ò

, Ð*

âõ

- ñîîòâåòñòâåííî ðàñõîä, ïîëíàÿ

òåìïåðàòóðà è ïîëíîå äàâëåíèå

ãàçà íà âõîäå â ñîïëî;

λλ

) - ãàçîäèíàìè÷åñêàÿ ôóíêöèÿ,

îïðåäåëÿåìàÿ ïî ãàçîäèíàìè-

÷åñêèì òàáëèöàì;

(9.1-4),

m = 0,3965 äëÿ âîçäóõà (ïðè k = 1,4; R = 29,27);

m = 0,3898 äëÿ âûõëîïíûõ ãàçîâ (ïðè k = 1,33;

R = 29,4);

g = 9,81 ì/ñ

- óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ;

R - ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ.

Äëÿ êðèòè÷åñêèõ è ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ïåðåïà-

äîâ äàâëåíèé

λλ

= 1,0; q(

λλ

) = 1,0; à F

= F

êð

- ïëî-

ùàäü êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ â ñóæàþùåìñÿ ñîïëå

(ñîâïàäàåò ñ ïëîùàäüþ âûõîäíîãî ñå÷åíèÿ).

Äåéñòâèòåëüíîå çíà÷åíèå ìèíèìàëüíîé (èëè

êðèòè÷åñêîé) ïëîùàäè ñîïëà F

ñä.

îòëè÷àåòñÿ îò ðàñ-

÷åòíîé, îïðåäåëåííîé ïî ôîðìóëå (9.1-3), íà âåëè-

÷èíó

µµ

ñä.

= m

, (9.1-5)

ãäå

µµ

– êîýôôèöèåíò ðàñõîäà.

µµ

<1 èç-çà âëèÿíèÿ ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ, îáðà-

çóþùåãîñÿ ó ñòåíîê ñîïëà, èç-çà íåðàâíîìåðíîñòè

ïàðàìåòðîâ (êðóòêà ïîòîêà ïîñëå òóðáèíû, êîíè-

÷åñêèé ïðîôèëü ñîïëà è ò.ä.).

Çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà çàâèñèò îò

ôîðìû ïðîòî÷íîé ÷àñòè â ðàéîíå ìèíèìàëüíîãî

(êðèòè÷åñêîãî) ñå÷åíèÿ, îò âåëè÷èíû ïåðåïàäà äàâ-

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

539

Ðèñóíîê 9.1_2 – Ïðîôèëü ñîïëà Âèòîøèíñêîãî

Ðèñóíîê 9.1_3 – Ðåæèìû ðàáîòû ñîïëà Ëàâàëÿ

[9.12.1]

ëåíèÿ â ñîïëå.

Áîëåå ïëàâíàÿ ôîðìà ïðîòî÷íîé ÷à-

ñòè ñïîñîáñòâóåò ïîëó÷åíèþ áîëåå ðàâíîìåðíûõ

ïîëåé è, êàê ñëåäñòâèå, áîëåå âûñîêèõ çíà÷åíèé

µµ

Óâåëè÷åíèå

ππ

* òàêæå ñïîñîáñòâóåò óâåëè÷åíèþ

µµ

Êîýôôèöèåíò ðàñõîäà, ó÷èòûâàþùèé âëèÿíèå òîëü-

êî ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ, ñîñòàâëÿåò

µµ

= 0,96…0,98.

Íåðåãóëèðóåìîå ñîïëî ìîæåò áûòü òàêæå

â âè-

äå ñóæàþùåãîñÿ-ðàñøèðÿþøåãîñÿ êàíàëà (ñîïëà

Ëàâàëÿ), èìåþùåãî ôîðìó äâóõ óñå÷åííûõ êîíó-

ñîâ èëè ïðîôèëèðîâàííûõ êàíàëîâ, ñîïðÿæåííûõ

âåðøèíàìè (ñì. Ðèñ. 9.1_1â). Â ìåñòå ñîïðÿæåíèÿ

ìîæåò áûòü ëèáî óãëîâàÿ òî÷êà, ëèáî ïëàâíûé ó÷à-

ñòîê. ×òîáû èçáåæàòü îòðûâà ïîòîêà îò ñòåíîê óãëû

ïðîôèëÿ äîëæíû áûòü:

- äëÿ ñóæàþùåéñÿ ÷àñòè ñîïëà <60° (îò ãîðè-

çîíòàëè);

- äëÿ ðàñøèðÿþùåéñÿ ÷àñòè <14° [9.12.3].

Cîïëà Ëàâàëÿ ìîãóò ðàáîòàòü íà òðåõ ðåæè-

ìàõ (ñì. Ðèñ. 9.1_3):

-ñ ïîëíûì ðàñøèðåíèåì, êîãäà ñòàòè÷åñêîå

äàâëåíèå íà ñðåçå ñîïëà ðàâíî äàâëåíèþ â îêðó-

æàþùåé ñðåäå Ð

= Ð

(ñì. Ðèñ. 9.1_3à);

-ñ ïåðåðàñøèðåíèåì, êîãäà ñòàòè÷åñêîå äàâ-

ëåíèå íà ñðåçå ñîïëà ìåíüøå äàâëåíèÿ â îêðóæàþ-

ùåé ñðåäå Ð

<Ð

(ñì. Ðèñ. 9.1_3á);

-ñ íåäîðàñøèðåíèåì, êîãäà ñòàòè÷åñêîå äàâ-

ëåíèå íà ñðåçå ñîïëà áîëüøå äàâëåíèÿ â îêðóæàþ-

ùåé ñðåäå Ð

>Ð

(ñì. èñ. 9.1_3â).

Î÷åâèäíî, ÷òî òÿãà ñîïëà ìàêñèìàëüíà íà ðå-

æèìå ïîëíîãî ðàñøèðåíèÿ.

Îäíàêî, äëÿ óñòàíîâ-

ëåííîãî íà ñàìîëåò äâèãàòåëÿ ýòî íå âñåãäà òàê.

Ìàêñèìàëüíàÿ òÿãà îáåñïå÷èâàåòñÿ íà ðåæèì

ñ íåäîðàñøèðåíèåì. Îáúÿñíÿåòñÿ ýòî òåì, ÷òî ðàñ-

øèðÿþùàÿñÿ çà ñðåçîì ñîïëà ñòðóÿ ñîçäàåò «ïîä-

ïîð» äëÿ âíåøíåãî ïîòîêà, ÷òî óâåëè÷èâàåò äàâëå-

íèå íà âíåøíåì îáòåêàòåëå ñîïëà. Ïðîèñõîäèò òàê

íàçûâàåìîå «âîññòàíîâëåíèå äàâëåíèÿ», êîòîðîå

ìîæåò äàòü ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò, áîëüøèé, ÷åì

âíóòðåííèå ïîòåðè îò íåäîðàñøèðåíèÿ.

Ñ ó÷åòîì óìåíüøåíèÿ ãàáàðèòîâ è ìàññû ñî-

ïëà «ðàñ÷åòíûå» ðåæèìû (ò.å. íà êîòîðûõ çàäàþò-

ñÿ ïàðàìåòðû â òåõíè÷åñêîì çàäàíèè íà äâèãàòåëü),

êàê ïðàâèëî, ñ íåäîðàñøèðåíèåì.

9.2 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÒÐÄÄ

ÂÓ ÒÐÄÄ ñóùåñòâóþò äâóõ òèïîâ:

- ñî ñìåøåíèåì ïîòîêîâ íàðóæíîãî è âíóòðåí-

íåãî êîíòóðîâ è îáùèì ñîïëîì;

- ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì èç íàðóæíîãî è âíóò-

ðåííåãî êîíòóðîâ.

Âûáîð òèïà ÂÓ çàâèñèò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ:

ïàðàìåòðîâ äâèãàòåëÿ, òðåáîâàíèé ê ìàññå, àêóñ-

òè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì, ðåâåðñèâíîìó óñòðîé-

ñòâó, êîìïîíîâêè äâèãàòåëÿ íà ñàìîëåòå, åãî íàçíà-

÷åíèÿ. Âûáîð – ðåçóëüòàò ïîèñêà îïòèìàëüíîãî

ðåøåíèÿ ñ ó÷åòîì âñåõ ôàêòîðîâ è òðåáîâàíèé.