СПОСОБ КОНТРОЛЯ УТЕЧЕК И РАСХОДА ВОЗДУХА НА ОХЛАЖДЕНИЕ ТУРБИНЫ В ДВУХКОНТУРНОМ ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ
CONTROL METHOD OF AIR LEAKAGES AND FLOW FOR TURBINE COOLING IN DOUBLE-FLOW GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к испытаниям газотурбинных двигателей, в частности к определению при испытаниях расхода воздуха на утечки в воздушном тракте компрессора и камере сгорания и расхода воздуха на охлаждение турбины и может быть использовано в авиадвигателестроении.
Известно, что при проектировании двигателя для определения величины утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе используют математические формулы, в которые входят расчетные газодинамические параметры и геометрические размеры данного типа двигателя (см. Г.С.Жирицкий, В. И. Локай «Газовые турбины двигателей летательных аппаратов, М. Машиностроение, 1971, стр.178-182,336-342).
Однако при определении утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе расчетным путем невозможно учесть все неизбежные в производстве двигателей технологические отклонения, приводящие к отклонению от заданной геометрии и изменению газодинамических параметров. В связи с этим для достоверной оценки качества изготовления и сборки двигателя необходимо определить фактические утечки и расход воздуха на охлаждение турбины каждого экземпляра двигателя.
Технический результат - повышение достоверности контроля утечек и расхода воздуха, отбираемого на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе.
Указанный результат достигается тем, что способ контроля утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины в двухконтурном газотурбинном двигателе включает определение расхода воздуха Gвк на входе в компрессор, расхода воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины и расхода Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины, при этом расход воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины определяют математической обработкой замеренных в процессе испытания двигателя величин расхода топлива, температуры и давления воздуха перед и за компрессором, числа оборотов ротора компрессора, расход воздуха Gвк на входе в компрессор определяют по характеристике компрессора, связывающей расход воздуха, число оборотов и степень повышения давления, с учетом степени повышения давления компрессора и приведенных оборотов компрессора, вычисленных по замеренным в результате испытаний двигателя параметрам, а расход Gву воздуха на утечки и на охлаждение турбины определяют по разности между расходом воздуха Gвк на входе в компрессор и расходом воздуха Gвт через сопловой аппарат турбины.
Под характеристикой компрессора понимаются графические или аналитические зависимости, связывающие расход газа, число оборотов, степень повышения давления и кпд для различных режимов работы.
к
На чертеже представлен график изменения степени повышения давления π от расхода воздуха Gв.
Способ реализуется следующим образом.
г
Проводят испытание двухконтурного газотурбинного авиационного двигателя. При испытании используют известные испытательные установки, см., например, Г.М. Горбунов, Э.Л. Солохин «Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей», М, Машиностроение, 1967, стр.25-28. Во время проведения испытания двигателя замеряют температуру и давление воздуха перед и за компрессором, частоту вращения ротора высокого давления и расход топлива с помощью известных измерительных устройств (например, манометров, термометров и др.). Далее с помощью математических формул определяют расход воздуха Gв.тyp через сопловой аппарат турбины высокого давления. Для этого, подставляя замеренные параметры при проведении испытания двигателя в формулу 1 и 2 и решая их как систему, определяют расход газа G через сопловой аппарат турбины:
где
p
С - теплоемкость;
г
Т* - температура газа перед турбиной;
к
Т* - температура воздуха за компрессором;
u
H - теплотворная способность топлива;
i - энтальпия;
где
г
А - коэффициент расхода газа;
г
G - расход газа;
г
Т* - температура газа;
г
Р* - давление газа
(см. Л.С. Скубачевский «Испытания воздушно-реактивных двигателей», М., Машиностроение. 1972, стр.63).
Расход воздуха, поступающего в сопловой аппарат из камеры сгорания, определяют по формуле 3:
где
г
G - расход газа;
т
G - расход топлива.
к1
Для определения расхода воздуха Gвк на входе в компрессор рассчитывают приведенные обороты компрессора (по формуле 4) и степень повышения давления в компрессоре π (по формуле 5) В формулы 4 и 5 подставляют значения, полученные при испытании двигателя.
Приведенные обороты компрессора вычисляют по формуле 4:
где
н
Т* - температура на входе в компрессор;
зам
n - число оборотов замеренное;
Степень повышения давления в компрессоре по формуле 5:
где
Р*к - давление воздуха на выходе из компрессора;
Р*а - давление воздуха на входе в компрессор;
Далее, используя характеристику компрессора (см. фиг.1), определяем по данному графику расход воздуха Gвк на входе в компрессор.
Характеристика компрессора, связывающая расход воздуха, число оборотов и степень повышения давления, является известной характеристикой для каждого конкретного типа компрессоров.
Величину утечек и расхода воздуха на охлаждение турбины воздуха Gву в воздушном тракте компрессора и камере сгорания двухконтурного газотурбинного двигателя определяют как разность между расходом воздуха через компрессор Gвк и расходом воздуха Gв.тyp через сопловой аппарат турбины: Gву=Gвк-Gв.тyp. Полученные данные дают возможность определить фактический уровень утечек воздуха и количество воздуха на охлаждение турбины, что позволяет контролировать качество каждого двигателя и стабильность серийного производства.