Конвертирование авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя в газотурбинную установу для энергетики, характеристики конвертированной ГТУ

Лабораторная работа № 2

КОНВЕРТИРОВАНИЕ АВИАЦИОННОГО ТРДД В ГТУ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНВЕРТИРОВАННОЙ ГТУ

Цель работы

1.  Смоделировать условия работы ГТУ, при которых режим работы ГГ ГТУ соответствует расчетному режиму работы ГГ ТРДД.

2.  Определить параметры ГТУ и режим работы компрессора для на­земных условий (Н = 0, М_н = 0, стандартные атмосферные условия) при работе на максимальной частоте вращения ГГ.

3.  Расчетным путем получить дроссельную характеристику конверти­рованной ГТУ. Определить режим работы ГТУ, при котором обес­печивается расчетный режим работы компрессора.

4.  Расчетным путем получить климатическую характеристику конвер­тированной ГТУ.

Общие сведения

Конвертирование авиационного ТРДД в ГТУ для энергетики можно осуществить разными путями. Наиболее простым из них является использование в ГТУ газогенератора ТРДД. Сочетание ГГ ТРДД со свободной турбиной и выходным диффузором позволяет получить ГТУ по схеме турбовального двигателя (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схемы ТРДД и конвертированной ГТУ

При конвертировании ГТУ из ТРДД важными являются вопросы выбора расчетного режима ГТУ, оценки режима работы и запаса устойчивости компрессора, влияния режима работы и атмосферных условий на мощность и экономичность ГТУ.

В данной лабораторной работе эти задачи решаются путем чис­ленного моделирования ГТУ с помощью программы расчета MGTD, описанной в работе [2]. Кроме того, в качестве ГГ используется ГГ ТРДД, характеристики которого получены в лабораторной работе №1.

Поскольку программа расчета характеристик турбовального двига­теля не предусматривает возможности использования известных ха­рактеристик ГГ, вначале необходимо спроектировать ГТУ, у кото­рой характеристика ГГ такая же, как у ГГ ТРДД (ГГ одинаковы и конструктивно). Для этого нужно обеспечить одинаковость пара­метров газогенераторов при одних и тех же условиях на входе в ГГ.

Параметры ГГ удобно разбить на две группы:

– параметры ГГ, задаваемые в исходных данных;

– параметры ГГ, полученные в результате расчета ГТУ.

Вторая группа параметров используется для оценки правильности моделирования ГГ ГТУ путем сопоставления с аналогичными пара­метрами ГГ ТРДД. Такими параметрами являются  и .

К первой группе параметров относятся: , , , , , , , , .

Моделирование условий на входе в ГТУ (, ) осуществляется с помощью подбора расчетных значений высоты Н_р и числа М полета М_нр, т.е. ГТУ и ее ГГ проектируются не для условий их наземной работы, а для условий, соответствующих расчетному режиму работы ГГ ТРДД.

После получения результатов расчета параметров ГТУ на режиме, соответствующем условиям работы ГГ в ТРДД, необходимо определить параметры ГТУ и ее элементов (прежде всего ГГ и компрессора) при работе в наземных условиях (Н = 0, М_н = 0, стандартные атмосферные условия) с программой управления ГТУ  или . Для этого, по сути, выполняет­ся расчет высотно-скоростных характеристик ГТУ (рассчитываются несколько точек при уменьшающихся до ноля высотах и числах М полета).

На основе анализа перемещения рабочей точки вдоль ЛСР на характеристике компрессора при уменьшении Н и М_н необходимо сделать вывод об изменении углов атаки лопаток в ступенях компрессора, запаса устойчивости и КПД компрессора, параметров цикла, а также оценить влияние этих факторов на экономичность, ресурс и эксплуатационные свойства ГТУ.

Учитывая, что важнейшим требованием к наземным ГТУ является

обеспечение высокого ресурса, выбрать режим работы ГТУ, удов­летворяющий этому требованию. Очевидно, что для повышения ресурса конвертированной ГТУ требуются пониженные значения тем­пературы газа  и частоты вращения ротора ГГ  , а также расчет­ные значения углов атаки лопаток лопаточных машин (особенно компрессора).

Для выбора расчетного режима наземной ГТУ выполняется расчет дроссельной характеристики ГТУ в диапазоне .