close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Концепция обобщённого метода расчета и проектирования системы влажной очистки проточного тракта ГТД..pdf

код для вставкиСкачать
Авиационная и ракетно-космическая техника
УДК 629.7.036.3
КОНЦЕПЦИЯ ОБОБЩЁННОГО МЕТОДА РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СИСТЕМЫ ВЛАЖНОЙ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНОГО ТРАКТА ГТД
1
© 2 0 1 1 Б. М. Силаев , Е. Н. Мальцев
1
2
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет)
ОАО «КУЗНЕЦОВ», г. Самара
2
Приведены расчётные зависимости, позволяющие определять оптимальные характеристики и параметры
системы влажной очистки проточного тракта газотурбинного двигателя (ГТД). Показаны возможности алго­
ритмизации расчёта и проектирования системы.
Система влажной очистки проточного тракта ГТД, математическая
схема системы, обобщённый метод расчёта и проектирования.
277
структурная
представлена структурная схема системы
влажной очистки проточного тракта ГТД,
отражающая физические процессы функ¬
ционирования устройства для очистки и реа¬
лизацию процесса очистки в зависимости от
указанных параметров.
2
/
I
^Pfit.:
1
t^G,j,i Т" р '
HP
Gen Т an,
G.jL^jlTaa, Рш»
р $
мг
Gm, Т 0, Р si
2
s
i
т
0J
О
К
Q
Ь
(С
v Ъ 5
>2 сс
' 0 с
I
Тел/, Ряд
хп
•
ч
О
X С
с
m
1
Рис. 1. Структурная схема
системы влажной очистки проточного тракта ГТД
В качестве параметров структурной
модели процесса функционирования систе¬
мы влажной очистки (рис.1) приняты М и Х
- механические характеристики и химиче¬
ские свойства пленки загрязнений соответ¬
ственно; геометрические характеристики L
входной части двигателя и пленки загрязне¬
ний; параметры рабочего процесса в возду¬
хозаборнике на соответствующем режиме
работы двигателя - массовый расход воздуха
в единицу времени G , его температура Т*
ei
ПЛ!
В работах [1,2] на основе исследова­
ний состояния газотурбинного двигателя
(ГТД) и изменения его характеристик при
эксплуатации показано, что загрязнение де­
талей проточного тракта существенно влия¬
ет как на экономические показатели, так и
на его надёжность и ресурс работы. Поэтому
одной из актуальнейших задач, стоящей при
эксплуатации газотурбинных двигателей как
в авиации, так и в других сферах народного
хозяйства, является изыскание эффективных
способов периодической очистки проточной
части.
Из всех применяемых в настоящее
время способов в данном исследовании рас¬
сматривается способ влажной очистки про¬
точного тракта ГТД как наиболее перспек¬
тивный с точки зрения его эффективности и
возможности выполнения в эксплуатацион¬
ных условиях. В [1] обоснована обобщенная
концептуальная модель системы такой очи¬
стки. В основу процесса очистки положено
явление гидрогазовой эрозии пленки загряз¬
нений, т. е. разрушение (изнашивание) ее
при движении дисперсной системы частиц
жидкой среды в воздушно-газовом потоке
работающего двигателя.
Следует иметь в виду, что полученная
обобщённая модель имеет высокую степень
сложности, обусловленную многими факто¬
рами: параметрами режима работы двигате¬
ля, на котором будет производиться очист¬
ка; геометрическими характеристиками про­
точной части; параметрами и характеристи¬
ками устройства для очистки и др. На рис. 1
модель системы,
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
университета,
№3(27),
2011
метрических характеристик и рабочих пара¬
метров устройства, встраиваемого в возду¬
хозаборник двигателя. Конструкция и функ¬
ционирование устройства согласованы с
геометрическими характеристиками входной
части двигателя и рабочими параметрами
воздушного потока (рис. 2).
К основным характеристикам и рабо¬
чим параметрам устройства относится (см.
ратура Т
и давление р . Далее воздушрис. 2) a - угол, определяющий положение
но-жидкостная среда поступает в компрес¬
оси форсунки 2 относительно образующей
сор 3 с параметрами смеси
, Т* , р*^ и, воздухозаборника 4; й - диаметр форсунки
перемещаясь в проточной части двигателя,
2; р - давление жидкости в коллекторе 1 и
очищает её в результате гидрогазоэрозионАрф - перепад давления на форсунке 2.
ного разрушения плёнки загрязнений (см.
рис.1).
Представив основной параметр про¬
цесса влажной очистки - интенсивность I
разрушения (изнашивания) пленки загряз¬
нений в виде общей функциональной зави­
симости от вышеназванных факторов, будем
иметь
и давление р * , где i - условный номер ре­
жима работы двигателя: I - номинальный
режим (НР), II - режим малого газа (МГ), III
- холодные прокрутки двигателя от пуско­
вой турбины (ХП). Переменными процесса
очистки являются: подаваемое из встроен¬
ного воздухозаборника 1 устройства 2 количество жидкости очистителя G
её темпе­
ж1
ж1
V
вХ1
ф
ж
h
I = j(M, X, L, G , Т; ,
a
)
Х1
(1)
T
exi
f
2
f
3
(
Т
вi
(pX
i
,
Т
,
ж i
,
Ржi
G
)
в i
,
G
жi
)
-
Таким образом, структура математиче¬
ской модели (1) системы влажной очистки
проточного тракта ГТД представляет собой
совокупность механических, геометриче¬
ских, кинематических и ряда других пара¬
метров, взаимосвязей между ними и элемен¬
тами, имеющими определенные характери¬
стики, которые и определяют функциониро¬
вание системы.
Решение системы уравнений (1), отра¬
жающей концептуальную
(обобщённую)
модель системы влажной очистки проточно¬
го тракта ГТД, представляется весьма слож¬
ным и в настоящее время оно не получено.
В этой связи было предложено идти по пути
разбиения декомпозиции обобщённой моде¬
ли на блоки-модели второго уровня.
Одна из них, полученная в [2], пред¬
ставляет собой геометрокинематическую
модель устройства для очистки. Решение
этой модели обеспечивает получение гео-
Рис.2. Конструктивная схема устройства
для влажной очистки проточной части ГТД
Устройство, его характеристики и ра¬
бочие параметры обеспечивают равномерное
распределение по поперечному сечению
проточного тракта ГТД жидкостной промы¬
вочной среды в воздушно-газовом потоке,
278
Авиационная и ракетно-космическая техника
что исключает недоочищение отдельных
участков.
Вторая модель, представленная в [3],
описывает процесс разрушения (изнашива¬
ния) пленки загрязнений на деталях проточ¬
ной части двигателя (рис. 3), устанавливает
длительность данного процесса и суммар¬
ный расход жидкости-очистителя.
ленной на рис. 4, сначала оценивается из
конструктивных соображений место и коор¬
динаты расположения коллектора 1 устрой¬
ства (рис. 2), затем рассчитывается угол a ,
V
определяющий положение оси форсунки 2 и
обеспечивающий равномерность распыла
жидкости-очистителя по очищаемой площа¬
ди, оцениваются диаметр форсунки ё и их
ф
количество i. После этого определяются ре¬
жимные параметры устройства, т. е. давление
жидкости р
в коллекторе и перепад давле­
ж
ния Арф на форсунках для заданного режи¬
ма работы двигателя.
Далее оцениваются параметры процес¬
са влажной очистки: температура воздушножидкостной среды на входе в ступень Т* и
х
на выходе из нее Т* , интенсивность разру¬
т
шения I
h
пленки загрязнений на деталях
проточного тракта двигателя, время t
ведения очистки и общий расход ()
ж
Рис.3. Схема процесса влажной очистки
проточного тракта ГТД
Основными характеристиками и пара¬
метрами процесса являются интенсивность
разрушения (изнашивания)
I
h
пленки за¬
грязнений, время реализации процесса очи¬
про­
жидко¬
сти-очистителя.
В рамках поставленной задачи на ос¬
новании анализа расчётной схемы и оценки
достаточности исходной информации можно
видеть, что структура расчета (система
уравнений ( 1 ) и рис. 4 ) не учитывает непо¬
средственного влияния химического взаи¬
модействия воздушно-жидкостной среды и
пленки загрязнений при её разрушении. Ука¬
занное влияние учитывается путём расчетноэкспериментального определения коэффи¬
циента пропорциональности K и показате­
ля степени а функции I при единичном
S
стки
t,
суммарный
расход
жидкости-
5
очистителя () ,
ж
температура перед ступе­
нью компрессора Т* и за ступенью Т* .
х
т
Разработанные модельные представле¬
ния о конструктивной схеме устройства для
очистки и процессе разрушения пленки за¬
грязнений за счет гидрогазовой эрозии по¬
зволили предложить концепцию метода рас¬
чета и проектирования системы влажной
очистки проточного тракта ГТД. На рис.4
приведена блок-схема алгоритма выполне¬
ния расчетно-экспериментальных работ.
В соответствии с краевыми условиями
задачи, как это следует из схемы, представ-
h
модельном эксперименте или при опытнопромышленном испытании двигателя.
Таким образом, представленная струк¬
турная схема расчёта и проектирования сис¬
темы влажной очистки проточного тракта
ГТД позволит обоснованно определять ха¬
рактеристики и параметры устройства для
очистки и проводить сам процесс очистки
при оптимальных параметрах, обеспечи¬
вающих необходимое качество при мини¬
мальных затратах времени и расходе жидко¬
сти-очистителя.
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
университета,
№3(27), 2011
Исходные данные
п
C
Ув
P
•> ^
р(в ) ?
C
п
1
Т* Т
Уж?^
в?
Ж
1
р( ж)?
н ?
Геометрические, кинематические и
физические параметры входной части
ГТД, воздушного потока и жидкости.
к
1
л
ж •> •>
h
1
h и l элементы конструкции возду¬
h
T
T
0
a = ± 9 0 - arctg ^
хозаборника и устройства (рис.2)
v
I
T
-
(ДН
d
d
-и
V
i
m
S
/ e
M
^
a
r
c
t
g
=(0,8 ^1,5) •Ю
t
)• t
Д;
ут
i=
360
У
-3
=
Уф g
1
м/с
1 0
+
2 0
0
т = 0,6 + 0,65
ф
I
ж ^ в sin ( arctg
п
P
ж
.
min
2
=
АР
T
lT
-И
2
=P
ф min
Т* =
h
min
в
I
С
р
( ; )
С
р
G
(в
T
6
)
ж(Дн - Дв)
P
-
ж
2
5
G
+
н
С
+
;
Т
р(
ж)^~^^ж ж
-И
С
р(
4
ж)
I
ст
вх
Л
к-1
1+u:
= Т*
-1*
к
0
1
-И
Ж , k, h
- см. исходные данные
Кт
I
Ih
KS
=
K
Ж
1
ст
J
( 1-
"
с т )
V
=Т
AT
1 Т
5стГ А Т ст
ст
-Т
ст
вх
-И K , a - из модельного
эксперимента
S
S
v(
см)
Iж
h
f
(
z
р
W
р
Z
+
н
W
н
)
t =
-И
= ____ +
G
KJ
G
~*~
I
(2ж
=
G
ж
t
Рис.4. Структурная схема обобщённого метода расчёта и проектирования
влажной очистки проточного тракта ГТД
280
системы
Авиационная и ракетно-космическая техника
Библиографический список
1. Силаев, Б.М. Архитектура концепту¬
альной модели системы влажной очистки
проточной части ГТД [Текст] / Б.М. Силаев,
Е.Н. Мальцев // Сборник тезисов докладов
III
международной
научно-технической
конференции «Авиадвигатели X X I век» М.: ЦИАМ, 2010. - С. 1264-1267.
2. Силаев, Б. М. Теоретическое обоснова¬
ние конструктивной схемы устройства для
промывки газовоздушного тракта ГТД
[Текст] / Б.М. Силаев, Е.Н. Мальцев // Вестн.
СГАУ, - Самара: Изд-во Самар. гос. аэро­
косм. ун-та, 2009. №3(19), -Ч.2 - С. 167-171.
3. Силаев, Б.М. К вопросу об оценке па¬
раметров системы влажной очистки проточ¬
ного тракта ГТД [Текст] / Б.М. Силаев, Е.Н.
Мальцев // Газотурбинные технологии, 2011.
№2. - С. 32-34.
THE CONCEPT OF GENERALIZED METHOD OF CALCULATION AND DESIGN OF
WET CLEANING duct GTD
1
© 2011 B. M . Silaev , E. N . Makev
1
2
Samara State Aerospace University named after academician S.P. Koroljov
(National Research University)
JSC «KUZNETSOV», Samara
2
Calculated dependences allowing to determine the optimal features and parameters of wet cleaning duct of gas
turbine engine (GTE). The possibilities of algorithmic analysis and design of the system.
The system of wet cleaning duct GTD, mathematical model of a system block diagram of the system generalized
method of calculation and design.
Информация об авторах
Силаев Борис Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры «Основы
конструирования машин», Самарский государственный аэрокосмический университет имени
академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). г. Самара, Мос­
ковское шоссе, 34, корпус 5.Тел.: (846) 267-46-09, (846) 263-67-22. Область научных интере­
сов: двигатели летательных аппаратов; трение и изнашивание деталей машин.
Мальцев Евгений Николаевич, ведущий инженер инженерного центра ОАО «КУЗ­
НЕЦОВ». Тел.: (846) 227-36-94. E-mail: Malcev_e@rambler.ru. Область научных интересов:
испытания ГТД.
Silaev Boris Mihailovich, Doctor of Engineering Science, Professor of the principal machine
construction Faculty, Samara State Aerospace University named after academician S.P. Koroljov
(National Research University). Phone: (846) 267-46-09, (846) 263-67-22. Area of research: fric¬
tion and strain ageing of the machine elements.
Malcev Evgenij Nikolaevich, principial engineer of JSC «KUZNETSOV». Phone: (846)
227-36-94. E-mail: Malcev_e@rambler.ru. Area of research: testing of gas turbine engine.
281
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
2 979 Кб
Теги
влажно, очистки, метод, система, концепция, трактат, гтд, pdf, расчет, проточной, проектирование, обобщённой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа