Способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе
Владельцы патента RU 2389891:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") (RU)
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. 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 Gву 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 Gвк 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. Изобретение позволяет повысить достоверность контроля утечек и расхода воздуха, отбираемого на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе. 1 ил.
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 πк 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 Gг через сопловой аппарат турбины:
где
Сp - теплоемкость;
Т*г - температура газа перед турбиной;
Т*к - температура воздуха за компрессором;
Hu - теплотворная способность топлива;
i - энтальпия;
где
Аг - коэффициент расхода газа;
Gг - 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
Gг - расход газа;
Gт - расход топлива.
Для определения расхода воздуха Gвк на входе в компрессор рассчитывают приведенные обороты компрессора (по формуле 4) и степень повышения давления в компрессоре πк1 (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;
nзам - 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.
