Системный анализ системы газотурбинного двигателя (стр. 6 из 7)
Если на обеих сторонах теплообменника отсутствует дополнительная развитая поверхность,
равны 1.Приложение B
Методика расчета теплового режима роликоподшипников турбинных опор ГТД и прокачки масла
Необходимые исходные данные здесь те же, что и в приведенной выше методике теплового расчета компрессорных роликоподшипников. Особенностью расчета является задание максимально допустимой температуры подшипника, замеренной по наружному кольцу и равной 120° С.
Расчет состоит из следующих пунктов:
Оценка температуры масла на выходе из подшипника
tм. вых = 101, 2+0, 15(tм. вх-60) °С (17)
Затем ведется расчет внутреннего теплового потока ∑Q по методике для компрессорных роликоподшипников, где тепловые параметры масла оцениваются по рассчитанному значению tм. вых
Расчет минимально допустимой оптимальной прокачки масла
M min=
кг/час. (18)При проведении поверочного теплового расчета, когда прокачка масла qMзадана, определяется располагаемая температура масла на входе в подшипник
tм. вх. расп=1, 175(92, 2-
- 
) °С (19)Входящий в формулу внутренний тепловой поток
Q рассчитывается при tм. вых, найденной в п. 1 расчета[2].Если tм. вх. расп окажется при qм. зад существенно отличной (больше или меньше) от tм. вх. расп то в обоих случаях надо принять tм. вых — = 85÷90°С и при этом ее значении рассчитать qmin по приведенной выше методике. Полученное значение qminбудет обеспечивать темпера- туру подшипника tподщ ≤120° С.
Наконец, если читать, что в отдельных случаях при работе на двигателях внешний тепловой поток будет больше принятого в опытах, на основании которых была разработана предлагаемая методика, и, значит, tподщ > 120°С, то рассчитанное значение qmin остается неизменным для обеспечения практически наименьшей температуры подшипника при любом внешнем подогреве.
Приложение C
Методика расчета потребной прокачки масла
Расчет потребной прокачки масла
Важным параметром маслосистемы является прокачка масла через двигатель, которая напрямую зависит от величины теплоотдачи в масло. Тепло в масло передается от соприкасающихся с ним нагретых деталей и узлов трения ГТД. Часть тепла в масляную систему поступает с воздухом, которым надуваются лабиринтные уплотнения роторов и валов приводов агрегатов.
Потребная прокачка масла определяется, как:
Gm=Qm /(Ср ∆tm) (20)
гдеQ- теплоотдача в масло;
Ср - удельная теплоемкость масла;
∆tm - разность температуры масла на выходе из двигателя и на входе в него.
Исходя из требуемой прокачки масла через двигатель, выполняется выбор, расчет и конструирование нагнетающего и откачивающих насосов.
Теплоотдача в масло определяется расчетным методом с учетом имеющихся экспериментальных данных и опыта проектирования. Выбор системы охлаждения масла авиационного двигателя осуществляется на основании проведенных расчетов теплового состояния масляной и топливной систем, так как охлаждение масла в большинстве авиационных двигателей осуществляется в топливомасляных теплообменниках.
Важно, чтобы безвозвратные потери масла из маслосистемы ГТД не были высокими.
От их величины и заданной продолжительности полета зависит объем маслобака. Увеличение объема маслобака и заправляемого в него масла ведет к сокращению полезной нагрузки летательного аппарата. У двигателей малой размерности маслобаки иногда отсутствуют и их функции выполняют маслосборники.
Безвозвратные потери это, в основном, масло, которое удаляется в атмосферу через суфлер. Они слагаются из удаляемого вместе с воздухом масла в жидкой, каплеобразной и парообразной фазах.
Масло в жидкой и каплеобразной фазах отделяется от воздуха с помощью суфлера, пары же масла свободно проходят через него. Снижение парообразной составляющей безвозвратных потерь масла достигается уменьшением его испарения и конденсацией паров в устанавливаемом на входе в суфлер конденсаторе. Конденсатор представляет собой обычный теплообменник. Применение конденсатора является нежелательным. Целесообразно при проектировании ГТД предусмотреть мероприятия по обеспечению минимального испарения масла.
В циркуляционных маслосистемах ГТД безвозвратные потери масла, как правило, незначительны и приблизительно равны 0, 1 л/ч на каждые 10 кН тяги
Количество масла, расходуемое за полет в ГТД или за определенное время работы ГТД наземного применения, определяют опытным путем по изменению уровня масла в баке и приводят в соответствующих инструкциях. [1]
Общий объемный циркуляционный расход масла у вновь проектируемых двигателей можно находить по формуле
W= (З÷10)*i л/мин, (21)
где i — число подшипников (опор) в двигателе.
Следует иметь в виду, что эта зависимость справедлива только при определении количества масла, необходимого для двигателя в целом, т. е. для определения производительности масляного насоса. Для отдельных подшипников, находящихся в повышенных температурных условиях, количество масла может быть больше приведенной средней величины.
Циркуляционный расход масла в ТВД может быть определен таким же образом по числу опор, имеющихся в двигателе, с учетом прокачки масла, необходимого для смазки редуктора.
Циркуляционный расход масла, необходимого для смазки и охлаждения планетарного редуктора, можно определить по следующим формулам:
Wред ≈(1, 1÷1, 6)
л/мин, (22)для редуктора на два винта
Wред ≈(1, 1÷2, 0)
л/мин, (25)где N — мощность, передаваемая редуктором, в квт.
Полный циркуляционный расход масла в ТВД с числом опор i:
W = (З÷10)i + Wред л\мин. (26)
Потребную прокачку масла в системе двигателя можно также определить по удельной теплоотдаче в масло: вТРД
W=
d (27)для ТВД
W=
d (28)В этих формулах
Q — удельная теплоотдача в масло, равная 80—200 кдж/мин на каждые 1000 дан стендовой тяги в ТРД и 680—850 кдж/мин на каждые 1000 квт стендовой мощности в ТВД; R и N — тяга и мощность соответственно в дан и квт;
— перепад температур масла на входе и выходе из двигателя; =30÷50°С;с м — теплоемкость масла;
d—относительная плотность масла.
Производительность нагнетающего масляного насоса WHдля обеспечения равномерной подачи масла на всех режимах работы двигателя должна быть больше величины W в 1, 5—2 раза. Постоянное давление масла в магистрали двигателя поддерживается с помощью редукционного клапана и определяется силой затяжки пружины последнего. Этот же редукционный клапан служит предохранительным клапаном и не допускает чрезмерного повышения давления при работе двигателя на холодном (непрогретом) масле.
Производительность насоса
Wнас=2*10-6𝞹d*m*l3*n*𝞰w (29)
Где d – диаметр делительной окружности шестерен, мм;
m- модуль, мм;
n – частота вращения шестерен;
l3 – длина зуба, мм;
𝞰w – коэффициент наполнения.
Зная потребную производительность насоса, и задаваясь величинам n, 𝞰w и двумя из трех размер шестерен( d, m, l3), определяют третий размер. Для масляных насосов 𝞰w принимают равным 0, 75…0, 85
Сорт масла, применяемого масла в ГТД, определяется нагрузками, действующими на подшипники, типом подшипников и их рабочими температурами. На двигателях, устанавливаемых на самолетах с дозвуковыми скоростями полета, рабочая температура масла не превышает 120— 140° С. Для них применяют минеральные масла с небольшой вязкостью и низкой температурой застывания. При малой вязкости масла оно лучше обволакивает нагретые детали и хорошо снимает с них тепло.
Величина кинематической вязкости применяемых масел лежит в пределах 8- 106—17- 106 м2/сек (8—17 сст) при 50° С, а температура застывания ниже — 40° С.
К маслам добавляют различные присадки. Они применяются для нескольких целей: понижения температуры застывания, уменьшения склонности к пенообразованию, повышения вязкости при высоких температурах и т. п.
Вал турбины и подшипники нагреваются от диска турбины, в особенности при остановке двигателя, когда движение охлаждающего воздуха прекращается; поэтому масла, применяемые для смазки ГТД, не должны коксоваться при высоких температурах.
Давление масла в системе двигателя выбирается в пределах 1—4 дан/см2; оно определяется гидравлическим сопротивлением масло- системы и необходимым количеством масла.
На двигателях, предназначенных для сверхзвуковых скоростей полета, рабочая температура масла может достигать 250—400° С. Для таких подшипников необходимо применять стали и жаростойкие сплавы, имеющие высокую твердость при повышенных температурах, например инструментальные стали. Для смазки деталей при указанных температурах применяют различные присадки к существующим маслам или применяют специальные синтетические масла.