УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к установкам для наземных испытаний форсажных камер (ФК) авиационных газотурбинных двигателей.
При создании новых газотурбинных двигателей зачастую возникают сложные проблемы, связанные с разработкой и доводкой форсажных камер. Испытания ФК, включая и доводочные, проводятся непосредственно на двигателе, так как ее работа (исключая случай вибрационного горения) не сказывается на работе частях двигателя, расположенных перед ФК. При таких испытаниях ФК работает как по параметрам газа, так и по уровню вибраций в естественных условий, однако, даже на двигателе, если он испытывается не на высотном стенде, невозможно получить характеристики ФК во всем диапазоне измерения параметров, встречающихся при эксплуатации. Для получения более полных сведений о работе ФК и имитации действительных высотных и скоростных условий работы требуется сложное и дорогое оборудование (барокамеры или сверхзвуковой трубы и силовое оборудование, создающее поток воздуха необходимых параметров). В связи с этим, предварительные испытания ФК нецелесообразно проводить в составе двигателя.
Известна установка для предварительных испытаний форсажной камеры газотурбинного двигателя, содержащая создающее поток рабочего тела (воздуха) оборудование в виде компрессора и емкостей (баллонов) для его накопления, две камеры подогрева подаваемого от компрессора воздуха, теплообменник и эжекторы первой и второй ступени, мерные блоки, заслонки, баллоны с кислородом для подачи в камеру подогрева кислорода для компенсации потери кислорода в ней при испытании, а также трубопроводы, обеспечивающие возможность подвода воздуха в испытуемую камеру и отвода воздуха из испытуемой камеры (см. Горбунов Э.М., Э.Л. Солохин Испытания авиационных воздушно - реактивных двигателей, М., Машиностроение, 1967, с.85-86, рис.3.20).
Несмотря на то, что на данной установке возможно проводить испытания как при пониженном, так и при избыточном давлениях в ФК, что позволяет имитировать условия полета на больших высотах с высокими скоростями, установка содержит достаточно большое количество оборудования, часть из которого, например, баллоны с кислородом, подвергают дополнительному технологическому осмотру перед началом работ для исключения дефектов, угрожающих безопасной работе, что, как следствие, повышает затраты на обслуживание и на оборудование и увеличивает время проведения испытаний, кроме того испытания с использованием данной установки достаточно дороги и сложны; использование в качестве непрерывного источника подачи рабочего воздуха компрессора не может обеспечить достаточный секундный расход воздуха при соответствующем давлении и температуре из-за его недостаточной мощности, и, как следствие, - необходимость накопления воздуха в емкостях (баллонах).
Технический результат предложенной полезной модели - повышение достоверности полученных результатов при упрощении испытания.
Указанный технический результат достигается тем, в установке для предварительных испытаний форсажной камеры газотурбинного двигателя, содержащей оборудование, создающее поток рабочего тела, согласно полезной модели, оборудование, создающее поток рабочего тела выполнено в виде турбокомпрессора двухконтурного газотурбинного двигателя, при этом установка содержит коллектор для перепуска воздуха из наружного контура в атмосферу и переходное устройство с решеткой неподвижных профилей, устанавливаемое при испытании за турбиной перед испытуемой форсажной камерой.
Данная совокупность признаков является существенной, так как позволяет, используя турбокомпрессор серийного двигателя для создания потока рабочего тела в испытуемой ФК, упростить проведение испытаний, и повысить достоверность результатов, используя коллектор для перепуска воздуха и переходное устройство для формирования необходимого угла входа потока рабочего тела (газовоздушной смеси) в испытуемую ФК и настройки требуемого режима испытаний.
На чертеже схематично изображена установка с испытуемой ФК.
Установка для предварительных испытаний форсажной камеры двухконтурного газотурбинного двигателя содержит оборудование, создающее поток рабочего тела, выполненное в виде турбокомпрессора двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащего внутренний контур 1 с компрессором высокого давления, камерой сгорания 2 и турбиной 3, и наружный контур 4 с компрессором низкого давления. Также установка содержит размещенный на стенке наружного контура 4 коллектор 5 перепуска воздуха в атмосферу для регулирования расхода воздуха наружного контура 4, поступающего в испытуемую ФК 6, и переходное устройство, представляющее собой кольцевой канал с закрепленной в ней решеткой неподвижных, например, радиальных, профилей 7. Конструктивно решетка профилей может быть выполнена, например, по типу соплового аппарата ступени турбины. При испытаниях переходное устройство устанавливают за турбиной 3, а к испытуемой ФК присоединяют сопло 8.
Вследствие особенностей требований к ФК, необходимо строго выдержать заданный угол входа потока в ФК. Для этого служит переходное устройство с решеткой неподвижных профилей 7, которая позволяет формировать необходимый угол входа потока в испытуемую ФК. Профилирование решетки осуществляют по имеющимся характеристикам рабочего тела (газа), выходящего из турбины с учетом параметров испытуемой ФК при помощи математических методов. Число профилей, густоту и другие параметры решетки выбирают в зависимости от требуемого угла поворота потока, выходящего из турбины используемого двигателя.
Установка работает следующим образом.
Осуществляют подготовительный этап для проведения испытаний: за турбиной 3 устанавливают переходной устройство с решеткой неподвижных профилей 7, ФК 6 и сопло 8. Соединение узлов (турбина 3, переходное устройство с решеткой неподвижных профилей 7, ФК 6 и сопло 8) осуществляют известными методами (см., например, Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели, ОАО Авиадвигатель, Пермь 2006, стр. 351-352). Для создания рабочего потока - газовоздушной смеси - в ФК 6 используют серийный турбокомпрессор двухконтурного газотурбинного двигателя, например, АЛ-31Ф. Сопло используют также серийное, например, от двигателя АЛ-31Ф. Собранное устройство, представляющее собой двухконтурный газотурбинный двигатель, устанавливают на стенд для испытаний.
После проведения указанных работ, запускают двигатель, воздух из наружного контура 4 и газ из внутреннего контура 1 поступают в ФК 6. Проводится настройка требуемого режима (устанавливается необходимый расход воздуха в наружном контуре 4 для создания заданных степени двухконтурности, отношения полных давлений контуров 1, 4, и газодинамических параметров и т.д.) путем перепуска избыточного воздуха из наружного контура 4 через коллектор 5 в атмосферу. После чего запускают ФК 6, устанавливают требуемый режим и проводят испытания в соответствии с разработанной программой.
После испытаний, на основе анализа полученных результатов, делают вывод о работоспособности ФК и необходимости дальнейших испытаний.
Данная установка позволяет, используя серийные турбокомпрессор и сопло, проводить испытания форсажной камеры любой модификации, при этом достоверность полученных результатов повышается. Длительность, стоимость, сложность проведения испытаний сокращаются.