Меню сайта
Статистика
Наша кнопка

 
Реклама:
 
Пятница, 26.05.2017, 19:52

FAQ-Компрессоры ГТД

Что такое компрессор?
Компрессор это специальная машина, предназначенная для генерации сжатого воздуха высокого давления. Как правило, давление выше 115 кПа (более 1 кГс/см2).

Какие типы компрессоров существуют в мире?
Основной тип компрессоров это поршневые и лопаточные. Так же встречаются диафрагменные, плунжерные, кулачковые и винтовые.

Чем отличается воздушный компрессор, от воздушного насоса?
Компрессор создаёт достаточно большое давление газа на выходе, эта величина характеризуется степенью повышения давления. Однако компрессор как правило, не имеет большой производительности. Насосы обладают огромной производительностью, но не могут создать большого давления. А вот авиационные лопаточные компрессоры, обладают двумя этими свойствами: они могут создавать достаточно большое давление и при этом, обладают гигантской производительностью.

Какая конструкция компрессора применяется в газотурбинных двигателях?
Только центробежные и осевые (аксиальные). Центробежные, применяются в основном на малогабаритных ГТД.

Что они представляют конструктивно и чем отличаются?
Центробежные компрессоры представляют собой колесо (ротор или крыльчатку) с большим количеством лопаток. На входе, расположены загнутые на определённый угол атаки лопатки, захватывающие воздух. Далее процесс протекает под действием больших центробежных сил. Межлопаточные каналы постепенно сужаются, это приводит к уплотнению воздуха и его сжатию (степень повышения давления). Иными словами, в таком типе компрессора, сжатие воздуха происходит за счёт центробежных сил вращающегося ротора.
Осевой компрессор представляет собой большое количество ступеней вентиляторов, насаженных на один ротор. В начале, стоит вентилятор с самыми длинными лопатками, а по мере нарастания ступеней, длинна лопаток уменьшается, центр ротора увеличивается. Самые последние ступени, имеют очень короткие лопатки, за счёт этого происходит сжатие воздушного потока. Здесь сжатие воздуха, происходит уже не под действием центробежных сил, а под действием расширяющегося ротора. Например, на первом вентиляторе, стоят лопатки длинной 50см, а на последнем всего 20-25см.

Что такое степень повышения давления?
Вкратце - это отношение входного воздуха в компрессор (атмосферное давление), к воздуху, выходящему из компрессора. Далее будем обозначать «ρk»-давление компрессора. То есть насколько компрессор повысил его давление. Соответственно эта величина может быть очень разной, в зависимости от типа и конструкции компрессора. Кстати любой вентилятор (лопаточная машина), способен давать некоторое давление воздуха на выходе. Типичный пример – бытовой пылесос.

Почему применение центробежных компрессоров ограничено?
Такие компрессора компактные, но не обладают хорошим КПД. Что бы повышать давление, нужно увеличивать длину центробежного канала на колесе, а это лишние габариты. Последним отечественным ТРД для истребителя, с центробежным компрессором, был ВК-1 (РД-45), разработки Владимира Климова, на базе импортного образца. В дальнейшем стали применять только осевые компрессоры, их ρk, можно создавать самую разную. Однако осевые компрессоры труднее в изготовлении, так как там очень огромное количество лопаток.

Насколько большие скорости течения воздуха в компрессорной части ГТД?
Достаточно большие, близкие к звуковым, однако компрессоры не могут принимать сверхзвуковые потоки. Это объясняется физической невозможностью, достижения таких окружных скоростей вращения вентиляторов, которые бы могли создавать сверхзвуковые потоки на входе.

Как тогда работают двигатели на сверхзвуковых самолётах?
На сверхзвуковых самолётах установлены специальные входные устройства (воздухозаборники), которые имеют клин торможения потока, перед компрессором. Клин или выдвижные панели, регулируются автоматикой, в зависимости от скорости полёта.

Что произойдёт, если всё же сверхзвуковой поток попадёт в тракт двигателя?
Произойдёт помпаж компрессора. Это явление происходит при нарушении устойчивости работы компрессора, срыва воздушного потока с лопаток и выбросу воздуха обратно. В крайних случаях, это приводит к вибрациям и разрушению двигателя.

Насколько много вентиляторов может устанавливаться в осевом компрессоре?
Это зависит от конструкции компрессора. Смотря что, хотели добиться конструкторы. Обычно в среднем, в современных двигателях, число ступеней от 8 до 15. Тут важна максимальная отдача компрессора (КПД), при малом сопротивлении и максимальном возможным ρ k. При слишком малом количестве ступеней(3-4), компрессор будет малоэффективен. При слишком большом (18-20), будут лишние затраты на преодоление сопротивлений и усложнение конструкции. Например на двигателе Р-15Б-300, для перехватчика МИГ-25, компрессор имеет всего 5 ступеней. Двигатели РД-36-51А, для ТУ-144д, имели 14-ступенчатый компрессор. В общем плане, это число сильно варьируется от индивидуальной конструкции двигателя и его назначения.

Насколько сильно разогревается сжатый воздух в компрессоре?
Обычно более 200 градусов С. В современных высоконапорных компрессорах, температура достигает 500-700 градусов С.

Что такое спрямляющий аппарат?
СА - в осевых компрессорах, это неподвижные статически лопатки. Их задача выравнивать или закручивать поток перед вентилятором. Это улучшает аэродинамические характеристики протекания воздуха. Обычно, лопатки спрямляющего аппарата, устанавливаются перед и после каждой ступени компрессора.

Что такое входной направляющий аппарат?
ВНА - Почти тоже самое, только устанавливается перед первым вентилятором компрессора и служит для закрутки потока, по направлению вращения лопаток рабочего колеса. Увидеть его можно по характерным прямым спицам, перед компрессором. Однако ВНА устанавливается не на всех типах двигателей и осевых компрессорах. Так же, не стоит путать ВНА с опорными спицами компрессора, перед первым вентилятором. Например в двигателе НК-86, самолёта ИЛ-86, нет ВНА, но конструктивно предусмотрены опорные консоли.

Что такое регулируемый ВНА и СА?
Смысл этих лопаток тот же, что и у неподвижных. Однако эта система разработана для обеспечения нужной пропускной способности компрессора и предупреждения помпажа. Другими словами, регулируемый СА, даёт возможность регулировать расход воздуха через компрессор. Это сводит к минимуму, близость неустойчивой работы компрессора, то есть помпаж. Кстати регулируемый ВНА, используется не только в авиационных ГТД. Его так же применяют на многих компрессорных и вентиляционных промышленных установках.

Как происходит регулирование ВНА и СА?
Эти лопатки устанавливаются на поворотных дисках, а снаружи их объединяет кольцевая «коронка», которая вращается от гидроцилиндра. Вращаясь, коронка поворачивает кинематику объединённых лопаток СА, тем самым каждая лопатка, поворачивается на определённый, одинаковый угол атаки. В случае опасности помпажа, лопатки просто повернутся почти под 90 градусов и перекроют доступ воздуха к вентиляторам.

Что такое помпаж?
Это неустойчивая работа компрессорной установки. Суть заключается в том, что на «срывном» режиме, сжатый воздух вырывается обратно к месту входа. Этому предшествует срыв воздушного потока с лопаток вентиляторов в компрессоре и они не могут проталкивать поток. Такой режим, крайне опасен для осевых компрессоров, так как возникают сильные хлопки и вибрации, способные разрушить весь двигатель. Чисто механические типы компрессоров, такие как поршневой, не боятся помпажа. Их впускной тракт изолирован от атмосферы, в момент сжатия (нагнетания) в трубопроводах. В ГТД регулируемые лопатки СА, как раз и решают эту проблему. Угол атаки поворотных лопаток СА, регулируется автоматикой двигателя в зависимости от режима работы.

Возможен ли помпаж двигателя, из-за попадания в тракт посторонних предметов, например птиц?
Вполне, так как при перекрытии воздушного потока в воздухозаборнике крупным посторонним предметом, нарушается течение воздуха в лопатках вентиляторов и их СА. Но тут хуже всего не столько помпаж, сколько полное повреждение лопаток компрессора твёрдыми частицами.

Что такое двухкаскадный компрессор?
В целом, это понятие относится ко всему агрегату «турбина-компрессор» двигателя. Суть заключается в том, что ротор компрессора, как бы разделили на две половинки – «каскады». Каждый каскад вращается своей турбиной. Принято подразделять каскады высокого и низкого давлений. Обычно в каскаде низкого давления, стоят 3-4 вентилятора, а в каскаде высокого 5-7. Такой тип двигателей, ещё называют двухвальными. Их роторы не имеют механической связи между собой.

Чем конструкция двухкаскадного компрессора, лучше обычной?
Эта схема создана специально, для решения проблем с поворотными лопатками ВНА и СА. Играет ту же самую роль, только лучше. Дело в том, что такой компрессор, на определённых режимах работы, сам «решает» сколько нужно подавать воздуха, так как каскад низкого давления, вращается с большим диапазоном разности частот. Это улучшает приемистость двигателя, минимизирует возможность помпажа и топливную эффективность. Например на низких и средних оборотах двигателя, каскад низкого давления (первые 3-4 вентилятора) вращается медленнее, чем каскад высокого. При увеличении подачи топлива, обороты сначала набирает каскад высокого, а затем низкого давления. Сейчас и такие двигатели мало где применяются, их вытесняют ТРДД. Исторический пример такого двигателя -  Р11-300 конструкции Туманского, спроектированного в первую очередь для знаменитого истребителя МИГ-21.

Какие особенности конструкции компрессоров двухконтурных двигателей?
В ТРДД компрессора так же разделены между собой. Не стоит путать двухконтурный турбовентиляторный двигатель (например ПС-90А), с двухконтурным турбореактивным (например АЛ-31ф). В ТРДД таком как например АЛ-31ф, имеются два контура компрессора, каждый вращается своей турбиной. Первый контур это вентиляторы низкого давления (КНД), а второй, внутренний контур, это вентиляторы высокого давления (КВД). КНД даёт часть воздуха в КВД, а часть проходит мимо статора КВД, охлаждает некоторые элементы конструкции и выходит в общее реактивное сопло. Механической связи их роторы, так же не имеют. В таких типах двигателей, не отказались и от механизации КВД, с поворотными лопатками СА. Это так же борьба с помпажными режимами и увеличением эффективности компрессора. Первый двигатель такой схемы, установленный на пассажирский реактивный лайнер ТУ-124, был Д-20п, конструкции Павла Соловьёва.

Почему лопатки компрессоров ГТД, имеют профиль того же крыла?
Это объясняется лучшими характеристиками обтекания их воздухом, а следовательно и более высоким КПД компрессора.

Чем достигается столь малый зазор, между лопатками компрессора и корпуса статора?
Высокой точностью изготовления деталей, особой обработкой лопаток вентиляторов (сферическая форма конца лопатки, под хорду окружности статора), а так же нанесение на поверхности статора, так называемую "спецсмесь". В первых двигателях это был тальк, в современных это мягкий порошок на основе аллюминия. Талькированные поверхности мягкие, уменьшают зазоры между концами лопаток и статора. Если по каким-то причинам лопатка заденет корпус о талькированную поверхность статора, то это не приведёт к разрушающим последствиям.
Поиск
Календарь
«  Май 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031
Друзья сайта
Клуб железнодорожников и игр ЖД TrainSim.ru
ZDSim.com - Клуб железнодорожников
Фотоэнциклопедия железнодорожного транспорта
Мультиплееры MSTS|МСТС
MS Train Simulator: УЖД
Перекраски, фотографии и просто всякая всячина
Виртуальные поезда Росметрострой