Silniki-przepływowe.pdf

(1422 KB) Pobierz
1. Wloty (co się w nich dzieje)
Wloty powietrza.
Zadaniem wlotów powietrza jest doprowadzenie powietrza z otoczenia do komory spalania w silniku
bezsprężarkowych lub w silnikach ze sprężarkami do przekroju wlotowego sprężarkami do przekroju wlotowym
sprężarki. Wlot powinien zapewnić doprowadzenie strumienia powietrza o wymaganym polu prędkości,
zwiększonym ciśnieniu przy małych stratach przepływu i małych oporach zewnętrznych, co jest bardzo ważne przy
zastosowaniu w napędach lotniczych. Wlot powietrza można określić na mocy parametrów, których charakteryzują
jego działanie. Do tych parametrów należą:
współczynnik strat ciśnienia spiętrzenia
����
��������
, który określa wielkość strat w obrębie wlotu powietrza:
����̇
����
− ∑ ∆���� ����̇
����
���½�
��������
=
=
����̇
����
����̇
����
gdzie:
����̇
0
- ciśnienie całkowite strumienia niezaburzonego,
∑ ∆����
- suma strat ciśnienia na wlocie,
����̇
1
- ciśnienie całkowite strumienia na wlocie do sprężarki.
współczynnik natężenia przepływu powietrza
����,
który określa względne natężenie przepływu powietrza
przez wlot w porównaniu z natężeniem przepływu w warunkach obliczeniowych:
���½� =
gdzie:
����
- rzeczywiste natężenie przepływu powietrza,
̇
����
������������
- obliczeniowe natężenie przepływu powietrza.
̇
współczynnik oporu aerodynamika
����
����
, który można przedstawić wzorem:
����
����
=
gdzie:
����
����
- składowa siła wzdłuż osi x przyłożonej do wlotu,
����
- gęstość,
����
- prędkość strumienia,
����
- pole powierzchni przekroju wlotu.
Wloty powietrza, w zależności od zastosowania, różnią się konstrukcją, gdyż inne warunki pracy mają wloty silników
przepływowych do zastosowania nielotniczych, a inne do lotniczych.
���� ∙ ����
����
���½� ∙ ���½
����
∙ ����
̇
����
̇
����
������������
2. Sprężarki (zjawisko pompażu)
Sprężarka jest to maszyna robocza do sprężania gazu, szczególnie powietrza. W technice są stosowane sprężarki
tłokowe, w których sprężanie następuje bezpośrednio oraz sprężarki wirnikowe, w których proces przebiega
pośrednio w dwóch fazach.
Zjawisko pompażu polega na gwałtownych oscylacjach strumienia objętości czynnika roboczego, mocy i prędkości
obrotowej. Ponieważ najczęściej są stosowane sprężarki o mocach kilkunastu – kilkudziesięciu megawatów to
oczywistym jest, że takie oscylacje mogą doprowadzić do zniszczenia maszyny lub przynajmniej do poważnego
uszkodzenia. Częstotliwość pompażu jest oceniana na poziomie kilkudziesięciu herców i jest zależna od pojemności
instalacji, w której pracuje sprężarka.
Sposoby regulacji sprężarek
Dla zapewnienia statecznej pracy sprężarki przy wysokich zakresach eksploatacyjnych silnika, zapobieżenia drganiom
łopatek pierwszych stopni wzbudzonych przy dużych kątach napływu strumienia łopatek, zwiększenia sprawności
sprężarki w nieobliczeniowych zakresach jej pracy, zapewnienie wymaganych osiągów i polepszenia charakterystyki
silnika stosuje się regulację.
Podstawową zasadą regulacji sprężarki przy zmianie prędkości obrotowej lub natężęnia przepływu jest utrzymanie
katów napływu strumienia zbliżonych do ich wartości obliczeniowych, co można realizować w różny sposób. W
sprężarkach osiowych stosuje się następujące sposoby regulacji:
upust powietrza ze sprężarki,
stosowanie nastawnych łopatek wlotowego wieńca kierownicy i wieńców dyfuzorowych,
stosowanie sprężarki dwuwirnikowej.
W sprężarce dwuwirnikowej stosuje sie regulację oparta na różnych prędkościach dla różnych stopni w zakresach
zredukowanych prędkości.
3. Trójkąt prędkości w sprężarce osiowej
Kąt pomiędzy prędkością bezwzględną c i obwodową u, oznaczono
����
, a pomiędzy prędkością względną w i
obwodowa
���½.
Łopatki dyfuzora są wyprofilowane w ten sposób, aby tworzyły kanały zapewniające takie zmniejszenie
prędkości strumienia i zmiany jego kierunku, żeby prędkość
����
3
była zbliżona co do wartości i kierunku do prędkości
����
1
, co zapewni warunki pracy wirnika następnego stopnia zbliżone pod względem kinematyki do warunków pracy
poprzedniego stopnia.
Trójkąt prędkości strumienia w stopniu sprężarki osiowej
4. Proces wewnątrzkomorowy (stabilizatory, stateczniki)
Zadaniem stateczników jest:
- formowanie strefy prądów zwrotnych o danej konfiguracji, wpływającej na stateczność przebiegu spalania
- zmniejszyć lokalna prędkość strumienia przez utworzenie zawirowań
- wywołać prądy od strefy spalania ku strefie mieszania, które będą transportować ciepło potrzebne do odparowania
kropel paliwa
Stosowanie stateczników płomienia powoduje intensywne zawirowywanie, które oprócz pożądanych efektów
powoduje również szkodliwe efekty:
- zwiększone straty przepływu
- zwiększone odkładanie się nagaru
- nierównomierność rozkładu temperatury(lokalne przegrzania ścianek)
Schemat procesów tworzenia mieszanki ze stabilizatorami:
2- struga rozpylonego paliwa, 3- powietrze pierwotne, 6- prądy zwrotne, 9- paląca się mieszanka
Schemat silnika strumieniowego z układem stateczników płomienia
Schematy stateczników płomienia:
a) statecznik stożkowy (pierścieniowy)
1- statecznik, 2- prądy zwrotne, 3- granica strefy prądów zwrotnych, 4- profil rozkładu składowej osiowej prędkości
strumienia, 5- obszar zapalania mieszanki
b) statecznik strugowy
1- ściana czołowa statecznika, 2- szczeliny wyprowadzające powietrze, 3- prądy zwrotne, 4- granica strefy prądów
zwrotnych, 5- struga powietrza wprowadzanego przez otwory w obszar strefy spalania, 6- obszar spalania mieszanki,
7- wtryskiwacze, 8- profil rozkładu składowej osiowej prędkości strumienia
5. Silnik strumieniowy
Silnik strumieniowy składa się z wlotu, komory spalania oraz dyszy wylotowej. Kształt i wymiary wlotu są dobierane
w ten sposób, aby prędkość wpływającego powietrza była znacznie mniejsza od prędkości lotu. We wlocie (dyfuzor)
maleje prędkość przepływu, a rośnie ciśnienie przepływającego strumienia powietrza. Z przodu komory spalania
umieszczone są wtryskiwacze oraz stateczniki płomienia, które utrzymują stałe czoło płomienia. Gazy spalinowe
powstałe w komorze spalania ulegają rozprężeniu w dyszy wylotowej, przez którą wypływają z rosnącą prędkością.
Silniki przystosowane dla prędkości poddźwiękowej mają inny kształt niż silniki dla prędkości naddźwiękowej, choć
należy zauważyć, że charakter rozkładu parametrów wzdłuż silnika jest podobny.
(ramjet)
Zależność sprężu pow. we wlocie II od prędkości Mh
6. Schemat silnika dwuwałowego/dwuwlotowego
Silniki te w obiegu prostym posiadają 2 turbiny: jedną służącą do napędu sprężarki (sprężarkową) i drugą
dostarczającą moc na zewnątrz (napędową). W innych obiegach również turbina napędowa jest oddzielona od
turbiny sprężarkowej lub pracuje równolegle do niej.
Wydzielenie turbiny napędowej, która może pracować niezależnie od układu sprężarka- turbina, pozwala na
uzyskanie znacznego momentu. Takie silniki są predysponowane do napędów trakcyjnych, gdyż charakteryzują się
dużym momentem rozruchowym. Wynika to stąd, że po uruchomieniu zespołu sprężarka turbina, przy zahamowanej
turbinie napędowej, gazy przepływające przez nią wywołują moment 2,5-5 krotnie większy od momentu przy pracy
nominalnej.
W silnikach dwuwałowych spadek sprawności, przy częściowych obciążeniach, jest dużo mniejszy niż dla silników
jednowałowych.
Przebieg momentu funkcji prędkości obrotowej: 1- silnik tłokowy , 2- silnik turbinowy jednowałowy, 3- silnik
turbinowy dwuwałowy
7. Różnica między turbiną akcyjną i reakcyjną
Akcyjna – rozprężanie spalin następuje tylko w wieńcach dyszowych.
Reakcyjna – rozprężanie spalin następuje w wieńcach dyszowych i wirnikowych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin