close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка метода расчета и проектирования стендовой установки для отработки режимов влажной очистки проточного тракта ГТД..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
университета,
№3(27),
2011
УДК 629.7.036.3
РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТЕНДОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОТРАБОТКИ
РЕЖИМОВ ВЛАЖНОЙ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНОГО ТРАКТА ГТД
1
© 2011 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
Приведена разработанная авторами конструктивная и пневмогидравлическая схема малогабаритной
стендовой установки, позволяющей проводить отработку режимов влажной очистки проточного тракта ГТД в
заводских (цеховых) условиях взамен опытно-промышленных испытаний реальных двигателей. Получены со­
отношения, позволяющие обоснованно расчетным путем определять необходимые конструктивные, геометри¬
ческие и кинематические параметры установки.
Стендовая установка, отработка режимов влажной очистки, конструктивная
ческая схема, параметры установки.
В [1,2] разработаны концептуальная
(обобщенная), математическая и расчетная
модели системы влажной очистки проточно¬
го тракта газотурбинного двигателя (ГТД).
Полученные соотношения позволяют рас¬
считать геометро-кинематическую
схему
устройства для очистки и его параметры, со¬
гласованные с геометрическими характери¬
стиками воздухозаборника и рабочими пара¬
метрами воздушного потока на входе в дви¬
гатель. Для расчета процесса очистки необ¬
ходимо решить уравнение, определяющее
интенсивность разрушения (изнашивания)
I пленки загрязнений на деталях проточной части двигателя:
7
I
h
=
KS
л
.к-1
1
Ж
(1 -
0,5 Т*
Лст
(1)
)
0
В соответствии с (1) параметры, нахо¬
дящиеся в скобках, известны по паспортным
данным двигателя (Ж - степень повышения
ст
давления в ступени компрессора; к - показа¬
тель изоэнтропы; ц - кпд ступени компрес¬
^ст =С
вх
х d
пература перед и за ступенью соответствен¬
но). Коэффициент K и показатель степени
ст
с о р а ;
-
Т
,
з д е с ь
Т Х
и
T
-
т е м ¬
S
a , отражающие ряд неучтенных факторов
S
при выводе формулы (1), таких как химиче¬
ские реакции и др., должны быть определе¬
ны экспериментально. При эксперименталь¬
ной оценке этих величин возможно два вари¬
анта: первый вариант - это получение дан¬
ных при опытно-промышленных испытаниях
схема,
пневмогидравли­
реального двигателя и второй путь - это от¬
работка режимов влажной очистки и полу¬
чение необходимых данных при экспери¬
ментальных испытаниях на специальной
стендовой установке в заводских (цеховых)
условиях, по специально разработанной ме¬
тодике.
Первый вариант решения вопроса яв¬
ляется достаточно сложным, трудоемким и
дорогостоящим. В настоящее время малове¬
роятно, что моторостроительные фирмы бу¬
дут решать указанные вопросы таким обра¬
зом. Поэтому второй вариант решения про¬
блемы - это отработка режимов очистки на
экспериментальном, малогабаритном уст¬
ройстве - значительно предпочтительней по
всем показателям. Из краткого сравнитель¬
ного анализа можно видеть, насколько акту¬
ально решение рассматриваемой проблемы.
Для реализации экспериментального
метода отработки режимов влажной очистки
проточного тракта ГТД разработан малога¬
баритный экспериментальный стенд. В осно¬
ву работы и конструктивной схемы стендо¬
вой установки принят принцип физического
моделирования, т. е. отработка режимов очи¬
стки должна проводиться на реальных дета¬
лях проточной части двигателя, например на
секторе, вырезанном из направляющего ап¬
парата как наиболее подверженном загряз¬
нению, с определенным числом лопаток, при
этом рабочие параметры воздушного потока
должны соответствовать реальным, имею¬
щим место на конкретном двигателе.
282
Авиационная и ракетно-космическая техника
Стендовая установка должна удовле­
творять следующему основному требованию
- обеспечивать влажную очистку деталей на
режимах, имитирующих реальные режимы
работы двигателя, на которых предполагает­
ся проведение очистки, например на режиме
15
12
холодных прокруток от пусковой турбины,
на режиме «малый газ», на номинальном ре­
жиме работы.
Принципиальная
конструктивная
и
пневмогидравлическая схема стенда пред¬
ставлена на рис. 1.
21
20
Рис. 1. Пневмогидравлическая
Стендовая установка состоит из сле¬
дующих основных узлов и систем: смеси­
тельной камеры 1 с кассетой образцов на­
правляющих лопаток 2, закрепленных на
торце камеры; с другого ее торца подводится
сжатый воздух через трубопровод с измери¬
тельно-регулировочной аппаратурой, вклю¬
чающей датчик давления 3, кран регулиро­
вочный 4, фильтр 5, влагомаслоотделитель 6
и кран перекрывной 7; на стенке камеры 1
крепятся форсунки 8 для подвода в камеру
жидкости-очистителя через гидросистему,
состоящую из насоса 9, бака 10 с жидкостью,
электронагревателя 11, фильтров 12, редук¬
ционного клапана 13 и двухпозиционного
крана 14; контроль давления жидкости перед
форсунками осуществляется манометром 15,
контроль давления в камере на входе и перед
лопатками - образцовыми манометрами 16.
Контроль температуры жидкости в баке 10
производится датчиком 17, воздуха и воз¬
душно-жидкостного потока - датчиками 18.
Воздушно-жидкостная среда с частицами
пленки загрязнений в процессе очистки уда¬
ляется вентилятором 19.
283
схема стенда
Разрушение (изнашивание) и удаление
пленки загрязнений с поверхности образцовлопаток оценивается по уменьшению их веса
за определенный цикл испытаний, а также
измерением их размеров до и после испыта¬
ний и визуально с помощью лупы 4-кратного
увеличения. Время испытаний определяется
по секундомеру.
Стендовая установка должна обеспечи¬
вать изменение подачи количества жидко¬
сти-очистителя, подаваемой в смесительную
камеру 1, в зависимости от расхода воздуха,
имитирующего три режима работы двигате¬
ля: холодные прокрутки, «малый газ» и но¬
минальный режим. При этом сама стендовая
установка должна работать на четырех ре¬
жимах: заполнение бака водой, циркуляция,
градуировка и испытание.
При заполнении бака 10 водойразбавителем концентрата моющей жидко¬
сти к штуцеру 20 подключается шланг с во¬
дой, открывается кран 21 и вода поступает в
бак. При достижении необходимого уровня
воды в баке по сигналу датчика уровня 22
происходит закрытие крана 21. При отсутст¬
вии трубопровода подачи воды бак 10 можно
Вестник Самарского
государственного
аэрокосмического
заполнить ручным способом, сняв его крышРежим циркуляции используется для
перемешивания при приготовлении жидко­
сти-очистителя. В этом режиме жидкость из
бака 10 через кран 14, установленный в по­
ложение «Кольцо», перекачивается насосом
9 обратно в бак.
Градуировка установки проводится пе­
ред испытанием с целью экспериментально­
го подтверждения расхода жидкости через
форсунки 8 на всех режимах работы. При
градуировке установки кран 14 переводится
в положение «Магистраль», редукционный
клапан 1 3 настраивается на необходимое
давление и жидкость из бака 10 перекачива¬
ется насосом 9 через фильтр 1 2 к форсункам
определенным
количестве:
s
№3(27), 2011
давлением
- угол a
в
необходимом
между направлениями век­
v
торов скорости У
жидкости-очистителя и
ж
скорости воздушного потока
У,
в
опреде¬
ляющий положение оси форсунки:
a = ± 9 0 - arctg
0
T
(3)
v
T
где h и l - высота омываемой поверхности
образца-лопатки и расстояние от гребенки
лопаток до оси форсунки соответственно;
T
T
- диаметр форсунки dф и количество
форсунок i:
4F F p t
(
К
ж\А kjG s i n arctg
s
8.
При работе установки в режиме испы¬
тания жидкость из бака 10 прокачивается на¬
сосом 9 через фильтр 1 2 и кран 14, установ¬
ленный в положение «Магистраль», к фор¬
сункам 8. Расход жидкости через форсунки
настраивается с помощью редукционного
клапана 1 3 и контролируется датчиком дав¬
ления 1 5 .
При разработке стендовой установки
по известным рабочим параметрам воздуш¬
ного потока на входе в двигатель необходи¬
мо определить геометрические и кинемати¬
ческие параметры воздушной и гидравличе¬
ской систем установки. Опираясь на расчет­
ные соотношения, полученные в [1,2], и пре¬
образовывая их соответствующим образом,
найдем указанные параметры.
Исходя из площади поперечного сече¬
ния смесительной камеры, определяемой
принятой гребенкой образцов лопаток и за¬
давшись диаметром d трубопровода подво­
университета,
\
ф
e
e d
(4)
e
T j
где F -площадь поперечного сечения смеси¬
тельной камеры установки; F -площадь по¬
перечного сечения воздухозаборника двига¬
теля;
t -динамический слой жидкостиs
e
d
очистителя [1]; k -экспериментально опре¬
деляемый коэффициент торможения воз¬
душного потока в камере, в первом прибли¬
жении k = 0,65 0 , 9 5 ; у -угол сектора ло­
паток гребенки, Уф = 10° - 2 0 - угол распыла
струйной форсунки; /Лф -коэффициент расхо¬
да;
n
n
г
0
- давление жидкости р
в коллекторе
ж
перед форсунками и перепад давления Арф
на форсунках:
да воздуха, находим давление воздуха р,в (i) в
нем, соответствующее i-му режиму работы
двигателя:
k
n
p
J
G
l
S I N 2 ( a r c t g
hrll )
T
, I
p
(5)
2F/P,
Таким образом, при проектировании,
решая систему уравнений ( 2 ) . . . ( 5 ) , можно
ф
e Ре
обоснованно расчетным путем получить все
где G ) - массовый расход воздуха на i-м основные параметры стендовой установки,
режиме работы двигателя, Р - плотность обеспечивающие проведение физически по¬
воздуха, 1Лф - коэффициент расхода, р - добных модельных экспериментов.
Проведение указанных экспериментов
давление в смесительной камере установки.
позволит провести отработку режимов влаж¬
Определяем параметры в гидросистеме
ной очистки практически для любого из
установки, обеспечивающие подачу жидко¬
принятых режимов работы двигателя. При
сти-очистителя в смесительную камеру под
этом решается уравнение ( 1 ) в части опреде1
2
/
6
Р
^ )
(2)
d
e{i
в
к
284
Авиационная и ракетно-космическая техника
ления коэффициента K и показателя степе­
ни а , что позволит в дальнейшем расчет¬
ным путем оценивать основные параметры
рабочего процесса влажной очистки для ка¬
ждого принятого режима работы двигателя:
время проведения очистки и расход жидко¬
сти-очистителя.
Разработка метода расчета и проекти¬
рования малогабаритной стендовой установ¬
ки для отработки режимов влажной очистки
проточного тракта ГТД устранит проблему
получения данных по очистке путем прове¬
дения дорогостоящих опытно-промышлен¬
ных испытаний натурных двигателей, что в
s
5
конечном счете принесет помимо техниче¬
ского, существенный экономический эффект.
Библиографический список
1. Силаев, Б.М. Теоретическое обоснова¬
ние конструктивной схемы устройства для
промывки газовоздушного тракта ГТД
[Текст] / Б.М. Силаев, Е.Н. Мальцев // Вестн.
СГАУ. - Самара: 2009. -№3(19).- Ч.2. - С.167171.
2. 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.
DEVELOPMENT OF THE METHOD OF CALCULATION AND DESIGN
STAND INSTALLATION FOR TESTINGMODES WET CLEANING DUCT GTE
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
Developed by the authors presented a constructive and small-sized circuit pneumohydraulic bench setup to ena­
ble a refinement of modes wet cleaning duct GTE factory terms instead of pilot tests of real engines. Relations are ob­
tained that allow reasonably calculated to determine the necessary structural, geometric and kinematic parameters of the
installation.
Poster installation, testing of wet cleaning regimes, structural scheme, pneumohydraulic scheme, the installation
ор^от:
Информация об авторах
Силаев Борис Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры основ кон¬
струирования машин, Самарский государственный аэрокосмический университет имени ака¬
демика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет), Тел.: (846) 267-46¬
09, 263-67-22. Область научных интересов: конструкция двигателей летательных аппаратов;
трение и изнашивание деталей машин.
Мальцев Евгений Николаевич, ведущий инженер инженерного центра ОАО «КУЗ­
НЕЦОВ», аспирант Самарского государственного аэрокосмического университета имени
академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет). Тел.: (846) 227¬
36-94. E-mail: Malcev_e@rambler.ru. Область научных интересов: конструкция и 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, 263-67-22. Area of research: friction and
strain ageing of the machine elements.
Malcev Evgenij Nikolaevich, principial engineer of JSC O A O «KUZNETSOV». Phone:
(846) 227-36-94. E-mail: Malcev_e@rambler.ru. Area of research: testing gas turbine engine.
285
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа