doc1970 1980
download 
Reklamacja Transkrypt
1970 1980
Parametry charakteryzujące pracę silnika turbinowego Dr inż. Robert JAKUBOWSKI Parametry charakteryzujące pracę silnika Parametry wewnętrzne (obiegu silnika): • • • • ( Spręż całkowity silnika (spręż spręzarki): π c = p2 pH π s = p2 Temperatura gazów przed turbiną (stopień podgrzania): T3* ( ∆ ) Masowe natężenie przepływu: m Stopień dwuprzepływowości: µ = m kan _ z m kan _ w * πs* silniki dwuprzepływowe 28 24 2200 20 2000 silniki jedno i wielowirnikowe 1800 12 1600 8 1400 4 sprężarki promieniowe 1 1940 1950 1960 1970 * T3* [K] 2400 16 * * max T 3max * min T3max 1200 1980 1990 2000 Rok produkcji 1000 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Rok produkcji * p1* ) Parametry charakteryzujące pracę silnika Parametry użytkowe: BEZWZGLĘDNE • • Ciąg K • Zużycie paliwa m pal • • JEDNOSTKOWE Ciąg jednostkowy: k j = K m Jednostkowe zużycie paliwa: c j = m pal K Masa jednostkowa silnika: M j = M sil K Jednostkowe zużycie paliwa Ciąg jednostkowy cj kj Ns/kg 900 kg/Nh 0.14 cz pa la z do we e wo wow y y ł ł p p ze rze opr up je dn w i k d i iki s iln s iln 700 0.08 600 silniki dwuprzepływowe 0.06 500 0.04 400 dn op rz e 0.1 m ze la c s il ni ki je 800 a op zd pł yw ow e silniki jednoprzepływowe 0.12 em silniki dwuprzepływowe 300 0.02 0 1940 1950 1960 1970 1980 Rok produkcji 1990 2000 200 1940 1950 1960 1970 1980 Rok produkcji 1990 2000 Parametry charakteryzujące pracę silnika Energetyczne qdop _ t • Sprawność cieplna: m pal m 5 c52 V 2 = Wu = estr _ wewn. + − + qodpr m m 2 2 lob m 5 c52 V 2 m pal = − ηc = Wu 2 m qdop m 2 • Sprawność napędowa: ηk = • Sprawność ogólna: ηo = k jVH lob k jVH qdop = k jVH m 5 c52 V 2 − 2 2 m m = k jVH pal Wu m Dla V=0 (cH=0) sprawności napędowa i ogólna bez względu na doskonałość procesów energetycznych w silniku są równe 0. Charakterystyki wewnętrzne silnika jednoprzepływowego dla stałej wartości stopnia podgrzania w silniku Ciąg jednostkowy i praca obiegu dla silnika o stałym stopniu podgrzania osiągają maksimum przy tej samej wartości sprężu całkowitego silnika. Natomiast gdy prędkość lotu jest większa od zera, to sprawność napędowa dla tej watrosci sprężu jest najmniejsza. Spręż ten nazywa się sprężem optymalnym silnika. Jednostkowe zużycie paliwa osiąga minimum przy sprężu większym od sprężu optymalnego. Gdy prędkość lotu jest większa od zera, to dla tej wartości sprężu sparawność cieplna osiąga wartości maksymalne. Spręż ten nazywa się sprężem ekonomicznym silnika. * π c* = σ wl* π dyn π s* Wartość sprężu optymalnego, gdy w opisie silnika uwzględnia się sprawności politropowe sprężania i rozprężania π k −1 * k c _ opt T3* η mη s _ polηT _ pol = k −1 TH * * * k (σ wl σ KSσ dysz ) Przedstawiona zależność wskazuje, że zwiększenie stopnia podgrzania silnika będzie powodowało wzrost sprężu optymalnego. Poprawa sprawności turbiny i sprężarki będzie także się przyczyniać do wzrostu sprężu optymalnego, ale podnoszenie wartości wskaźników strat ciśnienia w zespołach silnika, będzie powodowało, że maksymalne wartości ciągu będą osiągane przy niższych wartościach sprężu sprężarki. Charakterystyki wewnętrzne silnika jednoprzepływowego dla stałej wartości sprężu całkowitego Ciąg jednostkowy dla silnika o stałym sprężu całkowitym rośnie ze wzrostem stopnia podgrzania. Tym samym gdy prędkość lotu jest większa od zera sprawność napędowa ze wzrostem stopnia podgrzania maleje. Jednostkowe zużycie paliwa dla silnika o stałym sprężu ze wzrostem stopnia podgrzania szybko maleje osiągając wartość najmniejszą przy stopniu podgrzania nieznacznie większym od minimalnego (ekonomiczny stopień podgrzania, ekonomiczna temperatura przed turbiną), a następnie wzrasta. Sprawność ogólna zachowuje się podobnie, z tym że dla ekonomicznego stopnia podgrzania osiąga wartość największą W praktyce analizy dla stałej wartości sprężu silnika się nie prowadzi. Natomiast poszukuje się sprężu dla określonej wartości stopnia podgrzania, bowiem maksymalna temperatura w silniku najczęściej jest limitowana ograniczeniami materiałowymi konstrukcji Wpływ wzrostu stopnia podgrzania w silniku na wartości optymalnego i ekonomicznego sprężu silnika Ze wzrostem stopnia podgrzania silnika: wzrasta ciąg maksymalny silnika, który jest osiągany przy większych wartościach sprężu optymalnego obniża się wartość minimalnego jednostkowego zużycia paliwa, które jest osiągane przy większych wartościach spreżu ekonomicznego rozszerza się zakres spręży, przy których praca obiegu jest dodatnia. zwiększa się rozbieżność pomiędzy wartościami sprężu optymalnego i ekonomicznego Charakterystyka ta tłumaczy dlaczego wzrostowi maksymalnej temperatury w silniku musi towarzyszyć wzrost sprężu silnika Silnik odrzutowy – niezupełny rozpręż spalin w dyszy wylotowej Zjawisko występuje w: •Silnikach zakończonych dyszą zbieżną przy nadkrytycznym stosunku ciśnień pomiędzy całkowitym ciśnieniem spalin w przekroju wylotowym dyszy i ciśnieniem otoczenia •Silnikach zakończonych nieregulowaną dyszą zbieżno-rozbieżną w pozaobliczeniowych stanach pracy q dop_t pH V iH c WL . . mpal iH c5 AWL A5 . m e str_wewn. p5 c5H i5H p H m5 p WL iH Ciąg silnika: = m 5 c5 − mV + A5 ( p5 − pH ) K = m 5 c5 H − mV gdzie: Sprawności silnika: m 5 c52H V 2 − ηc = m 2 2 (τ palWu ) ηk = k jVH m 5 c52H V 2 − 2 2 m c5 H A5 ( p5 − pH ) = c5 + m 5 ηo = k jVH (τ palWu ) Warunki pracy zbieżnej dyszy wylotowej silnika p 1+ k = β kr = pkr 2 * A5 pH p*5 T*5 Jeżeli: p* > β kr ⇒ p5 = pkr > po po p5 = p5* β kr 2T5* T5 = k +1 c5 = 2 k RT5* k +1 1 p5* k + 1 k −1 m 5 = A5 2c p 2 T5* c5 . Jeżeli: m5 (rozpręż krytyczny w dyszy) k k −1 p* ≤ β kr ⇒ p5 = po po (rozpręż zupełny w dyszy) * kk−1 2 p5 Ma5 = − 1 k − 1 po k −1 T5 = T5* 1 + Ma52 2 k −1 po k * c5 = Ma5 kRT5 = 2c pT5 1 − * p5 p m = A5c5 o RT5
