WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW. Dr inż. Robert Jakubowski

Transkrypt

1 WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW TURBINOWYCH Dr inż. Robert Jakubowski

2 Literatura Literatura: [] Balicki W. i in. Lotnicze siln9iki turbinowe, Konstrukcja eksploatacja diagnostyka, BNIL nr 30 n, 00 [] Dzierżanowski P. i in., Turbinowe silniki odrzutowe, WKŁ 983 [rozd. ] [] Gajewski, Lesikiewicz, Szymanik, Przepływowe silniki odrzutowe, WNT 973 [3] Mattingly J.D., Elementrs of Propulsions, Gas Turbines and Rockets

3 Wlot silnika Jest elementem integrującym silnik z płatowcem Jest elementem silnika Jest elementem gondoli silnikowej Jest elementem płatowca Jego zadaniem jest dostarczenie odpowiedniej ilości powietrza do silnika z możliwie małymi stratami przepływowymi, o określonym profilu prędkości, oraz w przypadku warunków przelotowych także jego wstępne sprężenie.

4 Wloty silników lotniczych

5 WLOT Ze względu na pracę wlotu można wyróżnić Pracę z prędkością lotu mniejszą do prędkości strumienia powietrza w gardzieli dyszy Pracę z prędkości lotu równą prędkości strumienia w dyszy Pracę z prędkością lotu większą od prędkości strumienia w dyszy

6 i p H p Zagadnienie opracowano na podstawie [] Wlot -praca w warunkach statycznych DLA PRĘDKOŚCI LOTU 0 H=H # s c # p Zmiana entalpii we wlocie i = i = c T H p H T = T H Proces we wlocie jest IZENTALPOWY s Współczynnik strat ciśnienia we wlocie p wl ph σ = p = p p = p + p Przyrost entropii s = s s = R ln H lin lok p lin p lok - suma strat liniowych - suma strat lokalnych H σ wl

7 # i H p p H # # s c H c DLA WARUNKÓW PRZELOTOWYCH Wlot - praca w warunkach przelotowych # s H p p H H c Spręż dynamiczny k k H dyn H p k Ma p π = = +

8 Podział wlotów ze względu na prędkość WLOTY PODDŹWIĘKOWE przelotową silników Pole powierzchni wlotu - równanie ciągłości m A = ɺ A -Pole powierzchni wlotu mɺ -Wydatek masowy powietrza we wlocie ρc ρ -Gęstość powietrza we wlocie c -Prędkość powietrza we wlocie

9 Wloty naddźwiękowe W zakresie niedużych prędkości naddźwiękowych O sprężaniu zewnętrznym O sprężaniu mieszanym O sprężaniu wewnętrznym

10 Przykłady wlotów naddźwiękowych

11 Zasada pracy wlotu naddźwiękowego Ma p p 3 p Ma Ma3 Ma4< p 4 k p p Ma k k = H ( + ) Ma > Ma > Ma > > Ma 3 4 p > p > p > p 3 4 p < p < p < p 3 4 -wyhamowanie strumienia w układzie fal uderzeniowych - straty ciśnienia całkowitego na falach -przyrost ciśnienia statycznego

12 Praca wlotu przy dużej prędkości WLOT SILNIKA NADDŹWIĘKOWEGO naddźwiękowej Ma< Spręż dynamiczny idealny π dyn ph = = + p H k Ma k k Przyrost ciśnienia we wlocie H Prędkość lotu Ma p WL dyn KAN _ WL fal dyn p = σ π = σ σ π σ fal = f ( M / M, Θ) Spręż dynamiczny (idealny),89,5 3,67 7,8,5 7, ,73

13 Wpływ prędkości lotu na starty we wlocie Zależność współczynnika strat falowych od prędkości lotu i liczby fal uderzeniowych i prędkości lotu []

14 Praca wlotu w warunkach pozaobliczeniowych Praca z prędkością lotu naddźwiękową, ale mniejszą od wartości obliczeniowej Praca z prędkością lotu naddźwiękową większą od wartości obliczeniowej

15 Parametry charakteryzujące pracę wlotu Współczynnik siły oporu dodatkowego wlotu: C X wl _ d X _ wl _ d = ρh AwlV H A wl ( ) X = p p da wl _ d H A H Siła oporów tarcia gondoli: X T Ciąg efektywny: K = K X X e wl _ d T X = X wl _ d > 0 wl _ d 0 Stopień przewężenia strumienia we wlocie: φ = A A wl _ d wl H φ C = 0 wl _ d X _ wl _ d φ > C > 0 wl _ d X _ wl _ d Spręż dynamiczny wlotu: π = p p wl _ dyn H

16 Dodatkowe zadania wlotu Ochrona silnika przed pyłem i kurzem Ustatecznianie pracy silnika dla różnych warunków lotu a) Dla warunków startowych b) Dla warunków lotu z dużymi prędkościami c) Dla pracy z włączonym odwracaczem ciągu

17 SPRĘŻARKA Ma zadanie zwiększyć ciśnienie strumienia powietrza przepływającego w silniku z możliwie jak najwyższą sprawnością, przy zachowaniu stateczności procesu w szerokim zakresie zmian prędkości wirowania wirnika sprężarki i prędkości lotu

18 Podział sprężarek Sprężarki osiowe Sprężarki promieniowe/odśrodkowe Sprężarki osiowo-odśrodkowe

19 Podział sprężarek sprężarka osiowa Zalety: Wady: -możliwość uzyskania wysokiego sprężu sumarycznego -duże przepływy powietrza -niski spręż na pojedynczym stopniu - mała sprawność krótkich łopatek

20 Wentylator CFM-56-5C firmy Snecma

21 Zmiany ciśnienia i prędkości w spręŝarce osiowej

22 Sprężarka osiowa I IW Ist C U C C U W W -szy stopień sprężarki U C U N-ty stopień sprężarki Praca stopnia sprężarki: CHARAKTERYSTYKA PRACY STOPNIA SPRĘŻARKI i l st_iz,04" st iz spręŝanie w dyfuzorze p W wirniku spręŝanie w w w stopniu spręŝanie w st,9" p st l wir =l st Sprawność stopnia sprężarki: p s lst = c ( ) p T3 T = U ( C C ) U U η s l i i = = l i i st _ iz st _ iz st st

23 Przepływ przez sprężarkę osiową

24 Sprężarka osiowa CHARAKTERYSTYKA PRACY SPRĘŻARKI l s l st_iz,89" iz p Politropa spręŝania w spręŝarce p spręŝanie w n tym stopniu spręŝanie w szym stopniu -szy stopień sprężarki Praca sprężarki: n s = st = p i= l l c ( T T ) N-ty stopień sprężarki Spręż sprężarki: π n s = π st i= Sprawność izentropowa sprężarki: l i i η = = s s _ iz _ iz ls i i k n k π st _ i i= ηs = k k n i k k π st _ j π st _ i + i= j= η st _ j ηst _ i

25 Procesy termo-gazodynamiczne w sprężarce s # i p iz Przyrost entalpii w sprężarce: i = i + l s Sprawność sprężarki: l s_iz,0 04" di p+dp di iz,9" l s p s izentropowa politropowa Zależność zmiany temperatury od sprężu sprężarki: T π = T + η k k s s _ iz T k k η = T π s s _ pol l i i η = = s η s _ iz _ iz l s i i k dh ln iz s _ pol = = ( p p k ) ( ) dh ln T T Zależność sprawności izentropowej sprężania od sprężu dla stałej sprawności politropowej

26 Podział sprężarek sprężarka promieniowa, odśrodkowa Zalety: Wady: -wysoki spręż na pojedynczym stopniu -możliwość stosowania dla małych wydatków przepływu powietrza - ograniczona ilość przepływającego powietrza -niższe wartości prędkości obrotowej niż w sprężarce osiowej

27 Przepływ przez sprężarkę odśrodkową

28 Sprężarka promieniowa CHARAKTERYSTYKA PRACY STOPNIA SPRĘŻARKI i l st_iz,04" st iz spręŝanie w dyfuzorze p W w wirniku spręŝanie w w spręŝanie w stopniu st p st 9" l wir =l st,9 p s Praca stopnia sprężarki: l = u c u c st u u Sprawność stopnia sprężarki: l i i ηs = = l i i st _ iz st _ iz st st

29 Charakterystyka sprężarki

30 Niestateczna praca sprężarki pompaż Napływ obliczeniowy na łopatkę Napływ na łopatkę z dodatnimi kątami natarcia Napływ na łopatkę z ujemnymi kątami natarcia

31 Upust Zapobieganie niestatecznej pracy sprężarki Sterowanie łopatek kierownic sprężarki Podział sprężarki na dwa wirniki