Способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе

Способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к испытаниям газотурбинных двигателей, в частности к определению при испытаниях расхода воздуха на утечки в воздушном тракте компрессора и камере сгорания и расхода воздуха на охлаждение турбины и может быть использовано в авиадвигателестроении.

Известно, что при проектировании двигателя для определения величины утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе используют математические формулы, в которые входят расчетные газодинамические параметры и геометрические размеры данного типа двигателя (см. Г.С.Жирицкий, В. И. Локай «Газовые турбины двигателей летательных аппаратов, М. Машиностроение, 1971, стр.178-182,336-342).

Однако при определении утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе расчетным путем невозможно учесть все неизбежные в производстве двигателей технологические отклонения, приводящие к отклонению от заданной геометрии и изменению газодинамических параметров. В связи с этим для достоверной оценки качества изготовления и сборки двигателя необходимо определить фактические утечки и расход воздуха на охлаждение турбины каждого экземпляра двигателя.

Технический результат - повышение достоверности контроля утечек и расхода воздуха, отбираемого на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе.

Указанный результат достигается тем, что способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе включает определение расхода воздуха Gвк на входе в компрессор, расхода воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины и расхода Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины, при этом расход воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины определяют математической обработкой замеренных в процессе испытания двигателя величин расхода топлива, температуры и давления воздуха перед и за компрессором, числа оборотов ротора компрессора, расход воздуха Gвк на входе в компрессор определяют по характеристике компрессора, связывающей расход воздуха, число оборотов и степень повышения давления, с учетом степени повышения давления компрессора и приведенных оборотов компрессора, вычисленных по замеренным в результате испытаний двигателя параметрам, а расход Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины определяют по разности между расходом воздуха Gвк на входе в компрессор и расходом воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины.

Под характеристикой компрессора понимаются графические или аналитические зависимости, связывающие расход газа, число оборотов, степень повышения давления и кпд для различных режимов работы.

На чертеже представлен график изменения степени повышения давления π_к от расхода воздуха Gв.

Способ реализуется следующим образом.

Проводят испытание двухконтурного газотурбинного авиационного двигателя. При испытании используют известные испытательные установки, см., например, Г.М. Горбунов, Э.Л. Солохин «Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей», М, Машиностроение, 1967, стр.25-28. Во время проведения испытания двигателя замеряют температуру и давление воздуха перед и за компрессором, частоту вращения ротора высокого давления и расход топлива с помощью известных измерительных устройств (например, манометров, термометров и др.). Далее с помощью математических формул определяют расход воздуха Gв.тyp через сопловой аппарат турбины высокого давления. Для этого, подставляя замеренные параметры при проведении испытания двигателя в формулу 1 и 2 и решая их как систему, определяют расход газа G_г через сопловой аппарат турбины:

где

С_p - теплоемкость;

Т*_г - температура газа перед турбиной;

Т*_к - температура воздуха за компрессором;

H_u - теплотворная способность топлива;

i - энтальпия;

где

А_г - коэффициент расхода газа;

G_г - расход газа;

Т*_г - температура газа;

Р*_г - давление газа

(см. Л.С. Скубачевский «Испытания воздушно-реактивных двигателей», М., Машиностроение. 1972, стр.63).

Расход воздуха, поступающего в сопловой аппарат из камеры сгорания, определяют по формуле 3:

где

G_г - расход газа;

G_т - расход топлива.

Для определения расхода воздуха Gвк на входе в компрессор рассчитывают приведенные обороты компрессора (по формуле 4) и степень повышения давления в компрессоре π_к1 (по формуле 5) В формулы 4 и 5 подставляют значения, полученные при испытании двигателя.

Приведенные обороты компрессора вычисляют по формуле 4:

где

Т*_н - температура на входе в компрессор;

n_зам - число оборотов замеренное;

Степень повышения давления в компрессоре по формуле 5:

где

Р*к - давление воздуха на выходе из компрессора;

Р*а - давление воздуха на входе в компрессор;

Далее, используя характеристику компрессора (см. фиг.1), определяем по данному графику расход воздуха Gвк на входе в компрессор.

Характеристика компрессора, связывающая расход воздуха, число оборотов и степень повышения давления, является известной характеристикой для каждого конкретного типа компрессоров.

Величину утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины воздуха Gву в воздушном тракте компрессора и камере сгорания двухконтурного газотурбинного двигателя определяют как разность между расходом воздуха через компрессор Gвк и расходом воздуха Gв.тyp через сопловой аппарат турбины: Gву=Gвк-Gв.тyp. Полученные данные дают возможность определить фактический уровень утечек воздуха и количество воздуха на охлаждение турбины, что позволяет контролировать качество каждого двигателя и стабильность серийного производства.

Способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе, включающий определение расхода воздуха Gвк на входе в компрессор, расхода воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины и расхода Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины, при этом расход воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины определяют математической обработкой замеренных в процессе испытания двигателя величин расхода топлива, температуры и давления воздуха перед и за компрессором, числа оборотов ротора компрессора, расход воздуха Gвк на входе в компрессор определяют по характеристике компрессора, связывающей расход воздуха, число оборотов и степень повышения давления, с учетом степени повышения давления компрессора и приведенных оборотов компрессора, вычисленных по замеренным в результате испытаний двигателя параметрам, а расход Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины определяют по разности между расходом воздуха Gвк на входе в компрессор и расходом воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины.