SZÁLLÍTÓ REPÜLŐGÉPEK GÁZTURBINÁS HAJTÓMŰVEI NYOMÁSVISZONYA NÖVELÉSÉNEK TERMIKUS PROBLÉMÁI

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "SZÁLLÍTÓ REPÜLŐGÉPEK GÁZTURBINÁS HAJTÓMŰVEI NYOMÁSVISZONYA NÖVELÉSÉNEK TERMIKUS PROBLÉMÁI"

Lilla Fazekas
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Dr. Pásztor Endre SZÁLLÍTÓ REPÜLŐGÉPEK GÁZTURBINÁS HAJTÓMŰVEI NYOMÁSVISZONYA NÖVELÉSÉNEK TERMIKUS PROBLÉMÁI A probléma felvetése, bevezetése. Az ideális termius hatáso (η tid ) folytonosan növeszi a ompresszor nyomásviszonya ( ) növelésével. A valóságos (etív) hatásfo ( ) azonban a nyomásviszony függvényében maximális értéet ér el, majd utána csöen. A hatásfo maximális értée a nyomásviszonyon ívül függ a gázturbina egyes géprészei veszteségétől is. A özepes nagyságú szállító repülőgépeben 2-4 MW teljesítményű, g/sec levegőszállítású gázturbinás hajtóműve üzemelne. Az ilyen gázturbiná axíális ompresszorai foozatszáma (Z) növelésével növeszi a hajtómű π nyomásviszonya, ezzel együtt csöen a ompresszor és turbina foozato lapátmagassága. A lapátmagasság csöenésével azonban csöen a ompresszor és turbina egyes foozataina politrópius hatásfoa ( pol, polt ) is, melye csöenti a gázturbina etív hatásfoát és a maximális hatásfohoz tartozó optimális nyomásviszonyt. A fentie szerint ét, ellentétes hatás üzd egymással. A nyomásviszony növeedése pozitív, az egyes géprésze hatásfoána csöenése negatív. Ezen meggondolás figyelembevételével várható, hogy is és özepes teljesítményű gázturbinánál nem célszerű nagy nyomásviszonyt alalmazni, a rész-hatásfoo jelentős csöenése miatt. Ez a jelenség elsősorban axíális ompresszorral rendelező gázturbinás hajtóművenél domborodi i erőteljesen, de centrifugális ompresszoros hajtóművenél, ha buroltabb formában is, de ugyanúgy megmutatozi. Nagy nyomás viszony esetén legalább ét sorba apcsolt centrifugális ompresszor szüséges. A másodi, tehát a nagynyomású ompresszor méretei jelentősen isebbe az első (alacsony nyomású ) ompresszorénál, enne megfelelően hatásfoa csöen, tehát az axíál ompresszoros gázturbinával azonos helyzet áll elő. Ki ell hangsúlyozni, hogy a tárgyalt jelenség csa is és özepes teljesítményű (levegőfogyasztású) gázturbinánál mutatozi meg erőteljesen. Nagy teljesítményű gázturbinánál, ahol a levegőfogyasztás ( m lev 40 50g/ sec ), a gázturbina lapátos gépeine méretei, (elsősorban lapátmagasságai) oly nagyo, hogy a nyomásviszony növeedésével együtt járó csöenésü lényegében nem

A valóságos (etív) hatásfo ( ) azonban a nyomásviszony függvényében maximális értéet ér el, majd utána csöen.

2 2 ooz géprész-veszteség növeedést, így nem ooz etív teljesítmény, ill etív hatásfo csöenést sem. 2. A vizsgálat egyes lépései. A vizsgálat alapadataina felvétele. Az axíális ompresszor foozatszáma (Z) függvényében a ( ) nyomásviszony növeedés meghatározása. Az egyes ompresszor és turbina foozato polítrópius hatásfoána megállapítása a lapátmagasság ( l ) csöenése, ill. a ompresszor Z foozatszáma növeedéséne függvényében. Az etív teljesítmény és etív hatásfo meghatározása a ompresszor foozatszáma, illetve nyomásviszonya függvényében, ülönböző nagyságú tömegáramo estében. Az eredménye értéelése, onstruciós megfontoláso, végöveteztetése. 3. A vizsgálat tényleges végrehajtása. A vizsgálat iinduló adatai megegyezne egy orszerű, modern gázturbina alapadataival. A ompresszor és turbina alap(iinduló) politrópius hatásfoait 0 indexel jelölöm. Ez a 0 indexű politrópius hatásfo lényegében az első (ompresszornál a legnagyobb lapáthosszúságú) foozat hatásfoa, amior nincsen rés a lapáto és a ház özött. Teintettel a turbina majdnem nagyságrenddel evesebb foozatszámára, ott átlagos ( első és utolsó foozat lapátmagasságána átlaga) lapátmagasságot vettem figyelembe. Az alap politrópius hatásfoo : ( polo =0,84; polto =0,86) A politrópius hatásfoo anna öveteztében csöene, hogy ülönböző nagyságú reális, egy vizsgálaton belül állandó értéű r rés (r=0,5;0,3;0,mm)felvételeor a lapátmagasság csöenéseor a fajlagos rés (r/l) növeszi, ez pedig a politrópius hatásfo csöenését, így a teljes gázturbina jellemzőine romlását oozza. Az {1;2;3;4} irodalma szerint 1% fajlagos rés növeedés, 2-2,5 % hatásfo csöenést ooz. A szairodalomban bőven rendelezésre álló és lényegében azonos eredményeet szolgáltató, ísérleti eredménye özül (Andenburg {5}, Brown- Boveri {5}, Kirillov {6}, Stepanov {7}, ),Stepanov alapösszefüggését használtam fel. Az alap-összefüggést mostani felhasználásra átalaítva: pol pol 0 1 K K r l m K

Az egyes ompresszor és turbina foozato polítrópius hatásfoána megállapítása a lapátmagasság ( l ) csöenése, ill. a ompresszor Z foozatszáma növeedéséne függvényében.

3 3 polt polt 0 rt 1 Kt lt m t ahol: r ill r t a rés mérete a ompresszornál, illetve a turbinánál, l ill l t a megfelelő lapátmagasságo. A fenti ét összefüggésben a onstansoat úgy állapítottam meg, hogy azoal a lapát összes többi veszteségét is figyelembe vettem. A ompresszort K = 2 és m = 0,9 jellemzőel modelleztem, míg teintettel a turbina expanziós jellegére ott K t= 1 és m t= 1,1 onstansoat alalmaztam. A lapátmagasságoat a sűrűség változása figyelembevételével, állandó, reális, axíális sebesség mellett a ontinuitás segítségével határoztam meg. Mivel vizsgálataimat a Z foozatszám és nem a nyomásviszony függyényében végeztem, ezért egy speciális eljárást alalmaztam. Az egyes ompresszor foozato valóságos hőfonöveedését ( T fo val =50K) vettem az Euler egyenletne megfelelően állandóna, mert minden foozat özépátmérőn mért sebességét azonosna tételeztem fel. A tetszőleges i-edi foozat valóságos nyomásviszonya: val = T val. fo. elött T T val. fo. elött fo val l 1 l pol A teljes ompresszor valóságos nyomás viszonya az egyes foozato nyomásviszonyána szorzata. A valóságos ompresszor muna felvétele ( W val ) az egymás özt azonos foozati munafelvétele (W fo val ) összege: z W val = z z1 W fo val =Z W fo val =Z c pl T fo val

A ompresszort K = 2 és m = 0,9 jellemzőel modelleztem, míg teintettel a turbina expanziós jellegére ott K t= 1 és m t= 1,1 onstansoat alalmaztam.

4 4 A turbina muna számítása hagyományos módon történi. A politrópius hatásfoo változása a Z foozatszám függvényében az 1. ábrán látható ét ülönböző tömegáram figyelembevételével. Szembetűnő, hogy a Z foozatszám, ill. a valóságos nyomásviszony növeedésével, elsősorban val

ábrán látható ét ülönböző tömegáram figyelembevételével.

5 5 isebb levegő-tömeg áramo esetén, a ompresszor politrópius hatásfoa gyorsan csöen, mivel a val növeedésével növeszi a özeg sűrűsége. Ez a lapátmagasság erőteljes csöenését idézi elő, mely a fajlagos rés növeedésén eresztül a hatásfo csöenését oozza. Szintén az 1. ábrán láthatóa val nyomásviszony változása a Z függvényében Állandó T fo val esetén a ompresszor csöenő pol hatásfoa a val nyomásviszony csöenésében realizálódi. Itt is látszi, hogy csöenő m. l levegő-tömegáram esetén a lapátmagasság csöenése miatt beövetező val csöenés annál nagyobb, minél isebb m l értée. Az ábrán feltüntetettem a ompresszor és turbina alap-politrópius hatásfoait is ( polo és polto ), amelye r=o mm rés mellett eletezne. Az ábrán a rés értée, állandó, r=0,3 mm. A 2. ábrán a vizsgálat egyes végeredményei látható, ahol és P értéeit ábrázoltu a Z foozatszám függvényében. Az ábrán a o index az r=o réshez tartozó eredményeet ábrázolja, vagyis azt az esetet, amior a politrópius hatásfoo ( polo, polto )állandó, és függetlene a lapát magasságtól.. Állandó, r=0,3mm rés m l csöenésével a gázturbina etív hatásfoa is ( ) is jelentős mértében csöen. Egyrészt csöen az maximális értée, másrészt a maximális hatásfohoz tartozó Z opt optimális foozat szám, illetve opt is egyre isebb értéet vesz fel. Ebből az ábrából jól érzéelhető, hogy is levegőfogyasztású gázturbinánál, nem célszerű nagy Z foozatszámot, vagyis nagy val nyomásviszonyt alalmazni. A 3. ábra bemutatja, hogy a m l= 10 g/s levegő-tömegáram esetén a lapátvég és a ház özötti rés(r) nagysága milyen hatással van a gázturbina jellemzőire.(p, ). A rés növeedéséne hatása ugyanolyan mint amior csöen az m l levegőtömegáram. Csöen a jellemző maximális értée és a maximális értéhez tartozó opt optimális nyomásviszony ill. foozatszám. Kedvező gázturbína jellemző izárólag minimális lapátréssel érhető el.

ábrán láthatóa val nyomásviszony változása a Z függvényében Állandó T fo val esetén a ompresszor csöenő pol hatásfoa a val nyomásviszony csöenésében realizálódi. Itt is látszi, hogy csöenő m.

6 6 Fenti vizsgálati eredménye figyelembevételével érthető az, hogy is és özepes teljesítményű gázturbinás repülőgép hajtóművenél nagy nyomásviszony esetén az utolsó 3-4 axiális foozatot egy centrifugális foozattal helyettesíti. A centrifugális ompresszorna is csöen a mérete és így a hatásfoa, de néhány %-al még mindig jobb, mint a 8-10mm lapátmagasságú, utolsó 3-4 axiális foozat hatásfoa.

7 7 Irodalom jegyzé: 1. Dr Gruber József és szerzőtársai: Ventilátoro Műszai önyviadó Howel,A.R.: Fluid dynamics of axial flow compressors.proc.instr.mech. Eng.London Kahane, A.: Investigation of axial flow fan and compressor rotors designed for three dimensional flow.n.a.c.a Techn. Note Wallis,R.A.:Axial flow fans. Newnes London Brodszy, D.:Repülőgép-hajtóműve II.Gázturbiná. Budapest.Tanönyviadó Kirillov, I.I.: Teorija turbomasin.leningrad.masinostroenie Stepanov, G JU.Osnovi teorii lopatocsnih masin, ombinirovannih i Gasoturbinnih dvigatelei.masgis. Mosva.1958

1652. 1948 4. Wallis,R.A.:Axial flow fans. Newnes London 1961 5. Brodszy, D.:Repülőgép-hajtóműve II.Gázturbiná. Budapest.Tanönyviadó.1954 6. Kirillov, I.I.: Teorija turbomasin.

Hasonló dokumentumok

TÉNYLEG NEM A MÉRET SZÁMÍT?, AVAGY HOGYAN BÜNTETI A KIS MÉRET A HELIKOPTER TURBOSHAFT HAJTÓMŰVEKET 3

Varga Béla 1 Békési László 2 TÉNYLEG NEM A MÉRET SZÁMÍT?, AVAGY HOGYAN BÜNTETI A KIS MÉRET A HELIKOPTER TURBOSHAFT HAJTÓMŰVEKET 3 A címben szereplő kifejezésre a válasz egyértelmű. Igenis a méret számít.