WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW TURBINOWYCH. 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 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 wl

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

8 Podział wlotów ze względu na prędkość WLOTY PODDŹWIĘKOWE przelotową silników Pole powierzchni wlotu - równanie ciągłości A -Pole powierzchni wlotu m A m -Wydatek masowy powietrza we wlocie c -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 Ma p Ma3 p 3 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 wyhamowanie strumienia w układzie fal uderzeniowych - straty ciśnienia całkowitego na falach - przyrost ciśnienia statycznego

12 Praca wlotu przy dużej prędkości naddźwiękowej WLOT SILNIKA NADDŹWIĘKOWEGO Ma< Spręż dynamiczny idealny dyn ph p H k Ma k k Przyrost ciśnienia we wlocie p WL dyn KAN _ WL fal dyn p fal f ( M / M, ) H

13 Wpływ prędkości lotu na starty we wlocie Prędkość lotu Ma Spręż dynamiczny idealny i= i=3,89,89,89,5 3,67 3,4 3,63 7,8 5,47 7,43,5 7,09 8,55 5, ,73,86 7,55 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 H AV wl H A wl wl _ d H A H X p p da 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: A A wl _ d wl H C 0 wl _ d X _ wl _ d C 0 wl _ d X _ wl _ d Spręż dynamiczny wlotu: p p wl _ dyn H

16 Problemy oblodzenia wlotu DLA PRĘDKOŚCI LOTU 0 śmigłowca i p H p H=H # s c # T H = T + c c p p s DLA PRĘDKOŚCI LOTU WIĘKSZEJ OD 0 T H + V H = T c + c p c p

17 Przykład obliczeniowy Temperatura otoczenia wynosi 8C (8 K). Obliczyć jaka temperatura będzie we wlocie gdy strumień powietrza ma we wlocie ma prędkość 80 m/c, zaś śmigłowiec a) nie porusza się, b) porusza się z prędkością 50 km/h a) T = T H c c p = = 65 K = 8 C b) V H = 50 km h = 4,67 m/s T = T H + V H c = 8 + 4,67 c p c p = 66 K = 8 C 000

18 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

19 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

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

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

22 Zmiany ciśnienia i prędkości w sprężarce osiowej Łopatki wirnika Łopatki statora Wartość temperatury za sprężarką dla wysokości 0 m Spręż sprężarki Krotność zwiększenia temp. Temp za spręż K ,6 750 Temperatura całkowita Ciśnienie całkowite Ciśnienie statyczne Prędkość 30, , ,5 000

23 Elementy sprężarki Labirynty uszczelniający Obudowa zewnętrzna sprężarki z łopatkami Tarcza sprężarki z łopatkami Łopatki statora regulowane Łopatki statora stałe Łopatki Bęben sprężarki z łopatkami Łopatki wirnika

24 Wentylator CFM-56-5C firmy Snecma

25 Sprężarka osiowa I IW Ist C U W C U C W U C U CHARAKTERYSTYKA PRACY STOPNIA SPRĘŻARKI i l st_iz,04" st iz sprężanie w dyfuzorze p W sprężanie w wirniku w sprężanie w stopniu st,9" l wir p st =l st -szy stopień sprężarki N-ty stopień sprężarki p s Praca stopnia sprężarki: Sprawność stopnia sprężarki: lst c ( p T3st T ) U ( C C ) U U s l i i st _ iz st _ iz lst ist i

26 Przepływ przez sprężarkę osiową

27 Sprężarka osiowa CHARAKTERYSTYKA PRACY SPRĘŻARKI l s l st_iz,89" iz p Politropa sprężania w sprężarce p sprężanie w n tym stopniu sprężanie w szym stopniu -szy stopień sprężarki Praca sprężarki: n s st p i l l c ( T T ) N-ty stopień sprężarki Spręż sprężarki: n s st i Sprawność izentropowa sprężarki: s l i i s _ iz _ iz ls i i k n k st _ i i s k k n i k k st _ j st _ i i j st _ j st _ i

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

29 Sprężarki promieniowe lub osiowopromieniowe w lotnictwie ZALETY SPRĘŻARKI PROMIENIOREJ - wysoki spręż na pojedynczym stopniu 4-0 (,-,8 stopnie sprężarki osiowej) - możliwość stosowania dla małych wydatków przepływu powietrza - małe wymiary osiowe, ale przy rozbudowanych wymiarach promieniowych

30 Przepływ przez sprężarkę odśrodkową

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

32 Charakterystyka sprężarki Zredukowany wydatek masowy przepływu Zredukowana prędkość obrotowa m zr = m T p n zr = n T

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

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