Файл: Иванов, А. Н. Развитие конструкций снегоочистительных машин обзор.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.10.2024

Просмотров: 31

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И КО Н СТРУКТИ ВН Ы Е С Х Е М Ы ГАЗОТУРБИННЫ Х Д ВИ ГАТЕЛЕЙ

Газотурбинный двигатель (ГТД) представляет собой

тепловой двигатель, в котором газ сжимается

и нагревает­

ся, а затем его энергия преобразуется в механическую

ра­

боту на валу газовой турбины.

 

 

 

Газотурбинные двигатели могут использоваться как си­

ловые установки, источники тепловой энергии

и генераторы

газовых потоков.

установок ГТД нашли

широкое

при­

В качестве силовых

менение в авиации благодаря их высокой

экономичности^

большому ресурсу, длительному времени

непрерывной

ра­

боты и сравнительно низкой удельной массе.

не

получили

та­

• На промышленных

объектах ГТД еще

кого массового внедрения, как в авиации. Их можно встре­

тить на стационарных

и

передвижных электростанциях,..,

з металлургической и химической промышленности

з

каче­

стве приводов компрессоров

(воздушных и газовых)

с

одно­

временной выработкой

тепловой и электрической

энергии,

на железнодорожных локомотивах (газотурбовозы), на легковых п грузовых автомобилях, строительных и дорож­ ных машинах.

Область промышленного применения ГТД становится все шире.

Конструктивно газотурбинные двигатели подразделяют­ ся на турбореактивные (ТРД), турбовинтовые (ТВД) и двухконтурные турбореактивные двигатели (ДТРД).

Турбореактивный двигатель — ТРД (рис. 19) представ­ ляет собой простейший тип ГТД. Основными конструктивны­ ми элементами его являются: входное устройство, многосту­ пенчатый осевой компрессор, камера сгорания, одноили двухступенчатая осевая турбина, переходной диффузор, форсажная камера, реактивное сопло.

Турбореактивный двигатель работает по термодинамиче­ скому циклу Брайтона следующим образом. Воздух

Рис. 19. П ринципиальная схем а Т Р Д :

/ — входное устройство; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — турбина; 5 — выход­ ное сопло

43

из наружной среды засасывается во входное устройство,

осевая скорость перед компрессором

составляет

150—

200 м/сек, а создающееся при этом разряжение

соответ­

ственно равно 0,15—0,20 кгс/см2. Далее

воздух поступает в

многоступенчатый осевой компрессор со степенью сжатия 6— 14, состоящий из 7—17 ступеней. Воздух подогревается в компрессоре до 220—380°С. Скорость газа на выходе из компрессора равна 100—120 м/сек.

В результате сжигания топлива (воздух+горючее) в ка­ мере сгорания температура газа достигает 1400°С. Получен­ ные продукты сгорания расширяются в турбине (первая сту­

пень расширения) для

создания

мощности,

потребной на

привод

компрессора,

а потом в выходном

сопле

(вторая

ступень

расширения).

Скорость

газа

на входе

в

турбину

равна 180—200 м/сек,

а на выходе из нее 300—450 м/сек.

Турбовинтовой двигатель (ТВД)

относят к

двигателям

смешанной тяги, так как его тяга складывается из двух со­

ставляющих: тяги винта и реактивной тяги,

возникающей

в газотурбинном контуре.

 

 

Рабочие процессы в ТВД и ТРД принципиально не отли­

чаются друг от друга, только у ТВД из-за меньшего

пере­

пада давлений в выходном сопле скорость

истечения

газа

меньше. В эксплуатации ТВД значительно

сложнее,

чем

ТРД.

 

 

Промышленные газотурбинные двигатели, применяемые в наземных условиях, принципиального отличия от авиацион­ ных не имеют.

Ниже приведены основные параметры авиадвигателей, перспективных для использования в конструкции газоструй­ ных снегоочистителей.

Н а и б о л ь ш и е т е х н и ч е с к и е д а н н ы е д в и г а т е л я АИ -20 в б е з в и н т о в о м в а р и а н т е ( п о д а н н ы м Г осН И И Г А )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С тремя сту­

С двумя сту­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пенями тур­

пенями тур­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бины

бины

Р асход

воздуха,

кг ( с е к ....................

1 8 ,2

19,1

Реактивная тяга,

 

к г с .........................

800

900

У дельны й

р асход

топлива,

 

 

 

кг

топлива

 

 

 

 

 

1 ,0 4

0 ,9 4

кг

тяги ■ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П лощ адь

вы ходного

сечения

соп ­

 

 

ла,

м2 .......................................................

0 ,0 8 5

0 ,0 7 2

Р асход

топлива,

кг/ч.

....................

760

840

П олное

давление

газа за

турби ­

 

1,8

ной,

 

кгс!см2 ........................................

1 ,5 5

Т ем пература за

турбиной,

°С . .

460

4 9 0 — 500

Скорость

истечения газа

из

соп ­

 

 

лового

насадка,

м/сек....................

3 9 0 - 4 0 0

4 5 0 — 460

44

Габаритные разм еры , мм

 

 

 

 

 

2450

 

длина

..................................................

 

 

 

 

 

2450

 

 

ширина .............................................

 

 

 

 

 

 

842

 

842

 

в ы с о т а ..................................................

 

 

 

 

 

 

1180

 

1180

 

М асса,

к г ..................................................

 

 

 

 

 

 

830

 

830

 

 

О сн о в н ы е т е х н и ч е с к и е д а н н ы е Т Р Д ВК-1

 

 

 

Реж им

р а б о ........................................т ы

 

 

 

 

0 ,9

номи-

номиналь

 

 

 

 

кг/сек

 

 

нального

 

ныи

 

Р асход

воздуха ....................,

 

 

 

36

 

 

41

 

Реактивная тяга,

кгс . . . . . .

 

 

1125

 

1500

 

Удельны й

расход

топлива,

 

 

 

 

 

 

 

кг топлива

 

 

 

 

 

1,1

 

1,1

 

кг тяги •

ч

 

 

 

 

 

 

 

кг 1 ч

 

 

 

 

 

1750

 

Р асход

топлива .........................,

 

 

 

1400

 

 

П олное

давление

газа

за турбиной,

 

 

 

 

 

 

кгс/см2 .......................................................

 

 

 

 

 

 

1 ,3 8

 

1 ,5 2

 

Т ем пература газа за

турбиной,

°С

 

470

 

540

 

Двухконтурным

турбореактивным

двигателем

— ДТРД

называют ТРД, у которого тяга создается

в двух

контурах:

в первом — газовой

турбиной

и

во втором

— вентиля­

тором.

 

 

 

 

 

 

 

 

основным

типом

В настоящее время ДТРД становится

силовой установки

транспортных

самолетов

магистраль­

ных и местных

воздушных линий.

Главными достоинствами

ДТРД являются: высокая

экономичность,

возможность ис­

пользования двигателя на

сверхзвуковых

скоростях,

более

низкий уровень производимого шума и высокий уровень экс­ плуатационной надежности.

 

 

О с н о в н ы е п а р а м е т р ы д в у х к о н т у р н о г о Т Р Д Д -20 П

Режим

работы . . .

0 ,7 номи-

0 ,8 5 номи-

Н оминаль-

Взлетны й

О бщ ий

р асход

в озду ­

нального

нального

ный

 

 

 

 

 

ха , кг/сек . . . .

8 7 ,9

96

104,1

1 1 2 ,2

Р а сх о д

в озд у х а

пер­

 

 

 

 

вой ступ ен и ,

кг /сек

4 2 ,2

4 6 ,4

51

56

Реактивная

тяга,

кгс

3150

3800

4500

5400

Удельны й

р а сх о д

топ-

 

 

 

 

лива,

кг топлива

0 ,6 6 2

0 ,6 5 9

0 ,6 6 2 5

0 ,7 0 3

кг тяги-

ч

 

 

 

 

 

Р асход

топлива, кг\ч

2130

2540

3000

3840

Т ем пература газа,

°С:

 

 

 

 

первой ступени

за

 

510

554

624

турбиной . . .

480

второй ступ ен и .

92

103

113

130

П олн ое

давление

 

га­

 

 

 

 

за , кгс! см2:

 

 

 

 

 

 

 

первой

ступ ен и за

1 ,4 6 5

1 ,5 7 3

1 ,7 0 6

1 ,9

турбиной . . .

второй ступени .

2 ,1

2 ,3

2 ,5 1 7

2 ,7 1 5

45>

Р А Б О Ч И Й П Р О Ц Е С С ГАЗОСТРУЙНЫХ СНЕГООЧИСТИТЕЛЕЙ

Удаление снега с покрытий осуществляется за счет воздей­ ствия на него кинетической энергии струи газов во внутреннем пограничном слое полуограниченной затопленной турбу­ лентной струи газов. Поэтому для определения сил, дей­ ствующих на частицу снега, необходимо знать закономер­ ности распределения скоростей газа внутри струи.

Расчетная схема для определения скоростей в продоль­ ном сечении по оси струи приведена на рис. 20.

Частъ струи /, в которой имеется потенциальное ядро те­ чения, называется начальным участком. Скорость в потен­ циальном ядре струи постоянна. Далее следует основной участок II, в котором струйное течение происходит так же, как течение жидкости из источника бесконечно малой тол­ щины. Основной и начальный участки сопрягаются в пере­ ходном сечении.

Длина начального участка Х„ характеризуется безраз­ мерной величиной

= ь0

 

 

(И)

тле h -—полутолщина сопла (см. рис.

20) ;

 

X- —может быть определена

из

выражения, пред-

ложенного Г. Н. Абрамовичем [1]:

 

 

 

м .

 

 

(15)

(в) = J

X,

ь

о 1+ (в- -1)4,

 

где — расстояние от точки со скоростью «у до оси струи, выраженное в долях от полутолщины (радиуса)

У

данного сечения струи, у — —• ;

Ь

{У — текущая ордината Ь)\

46

tp(0) — функция от параметра 6;

 

 

 

 

0 — отношение

абсолютной температуры струи на сре­

зе сопла к абсолютной

температуре окружающей

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

среды, 0 = 7 ^ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ И

 

 

 

 

 

 

 

h —толщина внешнего слоя струи;

распростране­

X — текущая координата в направлении

ния струи.

расчетов

выражение (15) удобно пре­

Для выполнения

образовать:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х щ

в х \ 2г,=-5- ■К

drtn

 

 

(16)

 

t> о

 

 

 

 

 

 

 

i + (0—i)%

 

 

 

После интегрирования имеем:

 

 

 

 

 

 

*„ = ■

1

Г 1 и 0

 

 

0 ,4 5

—1

(17)

 

L » —

1

1 + 0 ,3 7 5 ( 0 0 ,7 5 —

1)

 

0,1:1 ( 3 + 0 )

 

 

Из рассмотрения формулы (17) следует,

что

длина

на­

чального участка зависит

от

степени нагретости

струи

по

сравнению с окружающей

средой,

 

другими

словами, ядро

постоянной скорости увеличивается или уменьшается в за­ висимости от плотности струи.

Подходя к рассмотрению основного участка, следует за­ метить, что вблизи экрана значения скорости имеют те же закономерности, что и для турбулентного пограничного слоя при обтекании пластинки без градиента давления, а во внешней части действуют законы свободной турбулентности.

Поэтому целесообразно

представить

распределение скоро­

стей в виде двух зон,

смыкающихся

при Y = b B и uY= um

(Ьв — толщина внутреннего слоя струи; uY —скорость движе­ ния струи в точке, отстоящей от поверхности на расстоянии У; ит— осевая скорость струи).

1.

Пристенная зона при 0<У«£йв

с распределением ско

ростей

 

 

 

 

 

 

(18)

2.

Дона свободной турбулентности при йв<У«£йв+ й с рас

пределением скоростей

 

 

 

Дау

у - М г " Г

(19)

 

 

Ь ) .

 

47

Для определения осевой скорости ит запишем уравнениеизменения количества движения для элемента 1—4 (см.

рис. 20):

d К

d \+* ,

 

и т —

\ u Y dy Л--------I

i i y d y — 0 .

( 2 0 )

dx

^

d x

'l

 

Интегрирование

приведенного

уравнения

при условии,

что

— = const,

ь

дает

С

х а

(21>

где С — константа интегрирования;

 

- + 0 , 3 6 1

а =

0, 6.

 

■+ 0 ,7 7 2

С можно определить из условия

um= ti0 при X = Х п,

где и0 — скорость истечения газа из сопла (скорость в ядре начального участка).

Следовательно,

C — u-a Х°/\

(22)

Подставляя значение С в выражения (18), (21) с учетом формулы Шлихтинга для определения толщины внутреннего слоя

v \0,2

Ьа = 0,3 X

"о +

получим:

Н у — ■

А 0,6

со "о ______

Y

3d

*

 

1

 

- 1

 

(23)

7

5

, 0,2

 

где v — кинематическая вязкость газа.

Для определения ширины захвата снегоочистителя и вы­ бора его режимов работы предлагается ввести следующий показатель, связывающий ширину очищаемой полосы с сило­ выми характеристиками струи, временем ее воздействия и

48

Смотрите также файлы