книги из ГПНТБ / Неустановившиеся режимы поршневых и газотурбинных двигателей автотракторного типа

до 968 и 990 К- Во втором случае максимум температур наступает через 17 с и составляет в центре 938 К, а слева и справа от него со­ ответственно 970 и 995 К.

Как видно из рисунков, максимумы температур имеют место на границах кромок для каждого периода разгона.

Кроме того, с увеличением времени полного открытия топлив­ ного крана максимумы во времени наступают позже. Так, если при

J97_____

- - I

Рис. 133. Температурные поля (температура в К) рабочей лопатки: а — на ис­ ходном режиме; б — через 3 с после начала разгона ГТД при /кр = 2 с с исход­ ной нагрузкой в 20% от номинальной и исходной частотой вращения 23 000 об/мин (угол выхода потока а 1 = 9° 40')

1кр = 2 с максимум температуры наступает через 13 с после начала разгона, то в случае tKP = 7 с при тех же условиях разгона — через 15 с.

Своеобразно изменяется в период разгона и максимальная разность температур между центром корневого сечения и выходной

после разгона она составляет в обоих случаях 75°, через 4 с — 98°, а через 13 с — 65°. Как видим, градиенты температур в корневом сечении лопатки на режимах разгона превышают их значение на установившихся режимах до и после разгона на 35—40%. Макси­ мумы градиента температур отстают во времени от максимума температур газа в период разгона, что объясняется необходи­ мостью затраты времени на прогрев массивной корневой части и хорошим отводом тепла в диск. Следовательно, налицо условия для возникновения термических напряжений в лопатках, чему способствуют градиенты температур, меняясь во времени и по

210

сечениям. Действительно, температурное поле рабочей лопатки при разгонах с исходной нагрузкой в 2 0 % от номинальной (для tKP = 2 с), полученное на основе электротепловой аналогии (ЭТА) через 3 с после начала разгона, является далеко не равномерным (рис. 133). Как показывают эксперименты, эта неравномерность не является постоянной и наблюдается на всем протяжении раз­ гона. Как видно из рисунка, в корневой части лопатки имеет место некоторое понижение температуры за счет отвода тепла в диск. Так,

130°, а максимального значения q /кр 2 с, б /кр 7 с она достигает через 3 с после начала разгона и равна 145° на рис. 134, а и 155° на рис. 134, б.

Заметим, однако, что максимальное значение температур в сере­ дине концевой части лопатки достигается через 4 с после начала разгона и равно 1015 К (рис. 134, а) и 1010 К (рис. 134, б); в то же время температура середины корневой части лопатки равна

870 К.

Неравномерность температур в продольном и радиальном на­ правлениях рабочих лопаток вызывает высокие термические напря­ жения в лопатках. Подсчеты показывают, что через 3 с после на­

воздействие термических напряжений при разгонах вызывает снижение характеристик длительной прочности материала лопа­ ток, что оказывает существенное влияние на их надежность и долговечность.

Остановимся на некоторых результатах исследования влияния показателей рабочего процесса на надежность и долговечность газотурбинного двигателя с изменяемой геометрией соплового аппарата при его разгонах.

При экспериментальных исследованиях угол а х выхода потока из соплового аппарата менялся путем поворота его лопаток и уста­ навливался равным 9° 40', 11° 40' (номинальный) и 13° 40'.

Закономерности изменения температуры газового потока, из­ ложенные в гл. VII, приводят к изменению температуры тела рабо­ чей лопатки в местах заделки термопар (см. рис. 129) по закономер­ ностям, представленным на рис. 131 сплошными линиями, что соответствует номинальному значению угла а х. На этом же ри­ сунке штриховыми линиями представлены закономерности изме­ нения температуры тела лопатки в тех же точках, но при а х = = 9° 40'.

По существу такими же остаются закономерности изменения температуры тела сопловых лопаток при а х = 9° 40' (рис. 135). Отметим некоторые особенности, имеющие место при рассматри­

7,2 град/с.

При увеличении ссх максимумы температур в теле сопловой ло­ патки сдвигаются во времени вправо. Если для разгона с Neit =

= 0 ,2 NeH время достижения номинального теплового режима ло­ патками при а х = 9° 40' составляет 6—9,5 с (рис. 135), то при а х = = 11° 40' оно увеличивается до 6,8—11 с, или на 11—16%. Это объясняется тем, что с уменьшением а х увеличивается заброс тем­ ператур газа.

Анализ данных рис. 131 показывает, что функции Тр л = = / (/) протекают идентично при обоих значениях у гл аах. Однако отметим и некоторые особенности, имеющие место при разгонах. Общим является тот факт, что максимум функций Тр л = / (/) с увеличением угла а х сдвигается вправо. Так, если в случае раз-

212

0)h.n-,К

Рис. 135. Изменение температуры в теле сопловой лопатки при разгонах с исходной частотой вращения 23 000 об/мин,

Рис. 136. Изменение характерной разности температур конце­ вых кромок и центра корневого сечения рабочей лопатки при разгоне ГТД с исходной частотой вращения 23 000 об/мин

иДкр = 2 с; а — Nea= 0,2 N eH; б — Neu=0,32 NeH

213

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

конструкции многокамерного карбюратора на параметры разгона двигателя. —

215

31. К у л а г и н И. И. Основы теории авиационных газотурбинных двига­ телей. М., Оборонгиз, 1967, 327 с., с ил.

34.Л е н и н И. М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М., «Машиностроение», 1969, 367 с., с ил.

35.Л о к а й В. И. Влияние угла атаки на работу турбинной решетки. — «Труды КАИ», Казань, 1955, вып. 30, с. 135—151.

36.Л ы с о в А. М. Уравнение динамической характеристики тракторного

двигателя. — «Тракторы и сельхозмашины», 1969, № 2, с. 15—17, с ил.

37. Л ы ш е в с к и й А. С. Определение задержки воспламенения топлива в двигателях с воспламенением от сжатия. — «Автомобильная промышленность», 1953, № 6, с. 19—22, с ил.

38. М о ш к и н Е. К- Нестационарные режимы работы ЖРД- М., «Машино­ строение», 1970, 336 с., с ил.

39. Н е й ч е н к о В. Г. К вопросу имитации эксплуатационных нагрузок на крюке трактора при ускоренных ресурсных испытаниях. — «Тракторы и сель­ хозмашины», 1970, № 12, с. 11—12, с ил.

40. Некоторые результаты исследования токсичности двигателя МеМЗ-963 на режиме холостого хода. — «Автомобильная промышленность», 1972, № 5, с. 3—6, с ил. Авт.: З в о н о в В. А . . М а л а х о в В. И., Р и т в и н В . 3. и др.

41.О з о л з а р с К- Г. Профилирование лопатки реактивной турбины. — «Труды Новочеркасского индустриального института им. Серго Орджоникидзе», 1936, с. 119—125.

42.О работе машинно-тракторных агрегатов на повышенных скоростях. —

ляющих отработавших газов двигателей МеМЗ-963. — «Автомобильная промыш­ ленность», 1972, № 10, с. 3—7, с ил.

45.С т е п а н о в Г. Ю. Гидродинамика решеток турбомашин. М., Физматгиз, 1962, с. 512, с ил.

46.С т е ч к и н Б. С. и др. Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины. М., Оборонгиз, 1956, с. 543, с ил.

217

47.Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. М., «Машиностроение», 1971,400 с., с ил. Авт.: О р л и н А . С . , В ы р у б о в Д . Н.

Ив и н В. И. и др.

48.Т о к а р е в Г., Б л а т н о в М., П л е х а н о в И. Технико-эксплуата­ ционные требования к автомобилям-такси. — «Автомобильный транспорт», 1962, № 1, с. 33—35, с ил.

49.Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушнореактивных двигателей. М., «Машиностроение», 1964, с. 526, с ил. Авт.: Р а у ­

ше и б а х Б. В., Б е л ы й С. А., Б е с п а л о в И. В. и др.

50. X р у ш к о в П. П. Влияние эксплуатационных режимов тракторного двигателя на износостойкость основных его деталей. — «Записки ЛСХИ. Меха­

сил.

52.Ш а у л о в Ю. X., Л е р н е р М. О. Горение в жидкостных ракетных двигателях. М., Оборонгиз, 1961, 195 с., с ил.

53. Ш в е ц И. Т., Г е р а щ е н к о О. А., Д ы б и н Е. П. Исследование

температурных полей в зоне хвостовиков рабочих лопаток турбин на электри­

№5, с. 19—21, с ил.

55.Ш к р а б а к В. С., С о м и н и ч А. В. К измерению мгновенного рас­ хода топлива при работе турбины на неустановившихся режимах. — «Записки ЛСХИ», 1967, т. 103, вып. 2, с. 33—37, с ил.

56.Ш у б е н к о - Ш у б и н Л . А., С т о я н о в Ф. А., Ш у б е н к о А. А. Об оценке профильных потерь в турбинной решетке, обтекаемой нестационар­

ным потоком.— «Энергомашиностроение», 1972, № 1.

60. Я л о в е н к о Ф. И. Некоторые вопросы рационального использования машинно-тракторного парка.— «Тракторы и сельхозмашины», 1965, № 10, с. 16—17, с ил.

61. Diesel and Gas Turbine Progress», t. 34, 1968, № 12.

62. E c k e r t B .— «Automobile tecknische Zeitschrift», 1967, № 9 —12.

218