Стр. 8 - Расчет характеристик газотурбинных двигателей в условиях загрязненного воздуха методом малых отклонений

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ
ЗАГРЯЗНЕННОГО ВОЗДУХА МЕТОДОМ МАЛЫХ ОТКЛОНЕНИЙ
6
ВВЕДЕНИЕ
Газотурбинные двигатели (ГТД) кроме авиации находят широкое
применение как в других видах транспорта, в частности в скоростном
судостроении, так и в системах газоперекачки и мобильных электростанциях.
Среда, в которой работает двигатель, является практически чистой только
для авиационных ГТД, работающих вдали от поверхности, в остальных случаях
она загрязнена различными частицами. Для самолетных, а особенно для
вертолетных ГТД, это частицы пыли, поднимающиеся в воздух при взлете и
посадке аппарата. Еще большее влияние оказывают пылевые частицы на
рабочий процесс автомобильных двигателей или ГТД гусеничных машин.
Для судовых ГТД, особенно применяемых на судах на воздушной подушке и
амфибийных экранопланах, кроме пыли, это частицы морской воды и соли.
Для стационарных установок – частицы промышленных выбросов в атмосферу,
пыль и др.
Рабочий процесс ГТД в условиях загрязненного воздуха имеет ряд
особенностей, одной из которых является воздействие частиц на элементы
газовоздушного тракта. Наиболее сильному воздействию частиц подвергается
лопаточный аппарат компрессоров и турбин, что приводит к изменению
профиля лопаток и к увеличению шероховатости их поверхности. Это вызывает
увеличение потерь давления на лопатках, т.е. снижение эффективности
лопаточных машин в части преобразования подведенной работы в энергию
давления воздуха для компрессоров и энергии давления в работу турбин. Кроме
того, уменьшение давления воздуха за компрессором влечет за собой
уменьшение расхода воздуха, проходящего через двигатель, а это приводит к
режиму обтекания лопаток отличному от расчетного и, следовательно, к
дополнительным потерям. Другими следствиями уменьшения расхода воздуха
являются увеличение при постоянном расходе топлива температуры газа перед
турбиной и нарушение энергетического баланса между компрессором и
турбиной, который восстанавливается различными путями в зависимости от
системы регулирования. Следовательно, изменение параметров ГТД при работе
в условиях загрязненного воздуха будет вызываться как изменениями в
проточной части, так и системой регулирования двигателя. Вследствие этого
характер изменения параметров двигателей с различными законами
регулирования будет различным.
Наиболее объективными критериями оценки влияния чистоты воздуха на
работу газотурбинных двигателей, позволяющими распространить результаты
испытаний на другие типы двигателей, являются изменения коэффициентов
полезного действия (КПД) компрессоров и турбин [14]. Изменение КПД
является результатом как изменения характеристик узлов, так и смещения
рабочей точки по измененной характеристике. В широко известных работах
Б.С. Стечкина, И.И. Кулагина, К.В. Холщевникова, С.М. Шляхтенко и др.
изложены методы расчета газотурбинных двигателей и их узлов, позволяющие
определить параметры рабочего процесса. Однако определение КПД методом