Как проверить работоспособность турбины на дизельном двигателе

Как проверить турбину на дизельном двигателе

Необходимость проверить турбину дизельного двигателя своими руками может возникнуть по ряду причин. Выполнение диагностики турбокомпрессора на СТО зачастую потребует определенных финансовых затрат, так как специалисты в большинстве случаев подключают диагностическое оборудование, снимают турбину с двигателя для проверки.

Чтобы выявить неисправности самостоятельно без снятия турбины, можно воспользоваться несколькими способами диагностики. На проблемы с турбокомпрессором могут указывать следующие прямые или косвенные признаки, которые проявляются в процессе работы силового агрегата:

появление черного, сизого или синеватого дыма выхлопа;
дизель шумно работает в разных режимах под нагрузкой;
повышается температура, мотор склонен перегреваться;
возрастает расход горючего и моторного масла;
двигатель теряет мощность, падает тяга и динамика;

В самом начале стоит отдельно отметить, что подобные симптомы могут возникать не только по причине неисправностей турбины, но данный элемент также находится в списке.

Содержание статьи

На начальном этапе диагностики следует проверить уровень и качество дизельного моторного масла. Также необходимо исключить возможное попадание сторонних предметов в турбокомпрессор.

Далее приступаем к анализу цвета выхлопных газов. Падение мощности и черный цвет выхлопа дизеля говорит о переобогащении смеси. Это может указывать на недостаточное количество подаваемого в цилиндры воздуха по причине неисправностей во впуске. Тяга дизельного мотора может также пропадать в результате утечек на выпуске.

Для проверки мотор необходимо завести и оценить звуки в процессе работы турбокомпрессора. Турбина не должна свистеть или скрипеть, не должно быть звука прорывающегося воздуха через соединения. Нужно проверить состояние и герметичность соединений патрубков, по которым осуществляется подача воздуха. Любые неплотности или повреждения недопустимы. Также обязательно проверяется состояние воздушного фильтра, так как загрязнение и снижение его пропускной способности приведет к недостаточной подаче воздуха в цилиндры.

Турбину нужно дополнительно проверять на износ. Для диагностики ротор турбины потребуется провернуть вокруг своей оси. Присутствие небольшого люфта вполне допустимо. В том случае, если ротор касается корпуса, турбине необходим ремонт.

Если дизель дымит белым или сизым выхлопом, тогда это указывает на попадание масла в цилиндры двигателя и его сгорание в рабочей камере. Подобная неисправность может возникать как по причине неисправностей турбокомпрессора, так и других узлов ДВС. Также на проблему указывает большой расход масла (около литра на 1 тыс. пройденных км.)

В этом случае необходимо снова вернуться к проверке воздушного фильтра и ротора турбины. Загрязненный фильтр пропускает малое количество воздуха, что приводит к сильной разнице давлений между корпусом турбины и картриджем с подшипниками. Из этого картриджа масло начинает вытекать в корпус компрессора. Если неисправностей не выявлено, тогда нужно приступить к осмотру сливного маслопровода на наличие загибов, трещин и других дефектов.

Еще одной причиной роста давления может служить активное попадание газов из камеры сгорания в картер двигателя, что препятствует нормальному сливу масла из турбины. Данная неисправность может быть связана с проблемами в работе системы вентиляции картерных газов, дизель начинает сапунить. На моторе с исправной турбиной во впускном и выпускном коллекторе не должно быть признаков обильного попадания масла.

Снова проводим анализ состояния турбины на осевой люфт. Если с компрессором все в норме, тогда причины наличия масла в турбине заключаются именно в повышении давления в картере двигателя. Дополнительно возможно присутствие пробки в сливном маслопроводе.

В случае шумной работы дизеля нужно проверить трубопроводы, через которые воздух подается под давлением, а также ротор турбокомпрессора. Ротор турбины во время прокрутки не должен касаться стенок. Повышенного внимания заслуживает состояние крыльчатки турбины. Любые зазубрины или признаки повреждений крыльчатки требуют немедленного ремонта компрессора. При обнаружении заметных дефектов ротора турбину необходимо снимать для детальной диагностики.

Люфта во время осевого смещения вала турбины не должно быть заметно, так как допустимый люфт составляет 0,05 мм и его не почувствуешь. Смещение вала в радиальном направлении допускает присутствие микролюфта ( допустимое значение около 1мм.), который немного ощущается. Если при оценке состояния турбины замечены сильные отклонения от данных требований и показателей, тогда компрессор можно считать сильно изношенным или неисправным.

Проверка турбонагнетателя на заведенном двигателе

Проверять турбину на наддув следует так:

пригласите помощника;
запустите двигатель;
определите патрубок, который соединяет впускной коллектор и турбокомпрессор;
пережмите указанный патрубок рукой;
помощник должен погазовать несколько секунд;

Если компрессор работает, тогда патрубок должен будет ощутимо раздуваться. При отсутствии производительности турбины этого не произойдет. Дополнительно следует оценить общее состояние патрубков, а также исключить возможность трещин и других дефектов впускного и выпускного коллектора дизельного двигателя.

возможных причин и решений проблемы

Современные автомобили часто оснащены турбокомпрессором, поэтому вы можете значительно увеличить мощность и производительность даже двигателей малой мощности и малого объема. Как известно, ни один двигатель не может нормально работать без определенного количества воздуха. Чтобы сжечь в камерах сгорания один литр топлива, нужно не менее 11 тысяч литров кислорода. Но для того, чтобы воздух попадал в цилиндры, он должен проходить через фильтры, впускной коллектор, обходить дроссель, а затем попадать в прорезь седла и сам клапан.Потребность в двигателе в воздухе никогда полностью не удовлетворяется. Турбонагнетатель ускоряет подачу воздуха и нагнетает его в камеры сгорания. Во время работы турбина может издавать звуки. Многие автовладельцы обеспокоены. Давайте выясним, как устроен этот узел, опасно ли свист турбины на дизельном двигателе во время разгона и что он говорит.

О создании турбины

Большинство автовладельцев всерьез уверены, что турбомоторы - сравнительно недавнее изобретение.Считается, что они появились во второй половине 20-го века, когда почти все модели немецкого автопрома были оснащены турбокомпрессорами. Но это не так.

Дата рождения турбодвигателя считается 1911 год. Именно тогда американскому инженеру Альфреду Бучи удалось получить патент на промышленное производство устройства, позволяющего в несколько раз повысить мощность и технические характеристики обычных двигателей.

Но при всей эффективности этих первых турбин они имели громоздкие габариты и многократно увеличивали вес двигателя.Разработка турбонаддува для легковых автомобилей остановилась, но на грузовом транспорте турбины использовались очень активно. В США автопроизводители не спешат индустриализировать систему наддува. Затем (впрочем, как и сейчас) была сделана ставка на объемные атмосферные силовые установки. Есть даже поговорка «ничего не заменит громкость».

В Европе топливо обрабатывалось экономнее, чем в США. Кроме того, в 20 веке в Европе произошел топливный кризис. Автопроизводители начали уменьшать громкость двигателей, одновременно увеличивая мощность.Этому помогла система наддува. Технология была усовершенствована, элементы конструкции стали легче. Однако среди недостатков по-прежнему оставался большой расход топлива - турбонаддув среди обычных автовладельцев не нашел популярности.

Элемент в дизельном двигателе

Как известно, дизельный двигатель был разработан в 1893 году. Со временем его конструкция была доработана, многие детали претерпели неоднократные изменения и модификации. Инженеры работали над способами подачи топливной смеси, а также над самим балансом.Затем инженеры разработали турбину, предназначенную для повышения производительности и производительности агрегата за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах. Этот процесс основан на сжатии воздуха во внутренней системе - это позволило увеличить плотность подаваемого воздуха. Таким образом, смесь полностью сгорела, и атмосфера выбрасывала меньше вредных выбросов.

Есть турбины низкого и высокого давления. Устройства высокого давления более эффективны, а также имеют сложную конструкцию.

Конструкция

Современный турбокомпрессор представляет собой устройство, состоящее из следующих компонентов. Это два корпуса, каждый из которых оснащен компрессором и турбиной. Эти корпуса изготовлены из жаропрочных чугунных сплавов. Турбина оснащена специальным колесом - она также обладает устойчивостью к высоким температурам.

Также в дизайне есть специальные подшипники. Их тела сделаны отливкой из специальных бронзовых сплавов. Через них проходит вал, который соединяет колесо компрессора с ротором турбины.Опорные и упорные подшипники также доступны.

Принцип работы турбокомпрессора

Алгоритм работы следующий. Продукты сгорания, которые выходят из выпускного коллектора, поступают на вход турбокомпрессора. Затем они проходят через корпус турбины - канал в корпусе имеет переменное сечение. Выхлопные газы, двигаясь по каналу, увеличивают скорость и воздействуют на колесо турбины - под этим воздействием оно вращается. Количество оборотов ротора турбины зависит от многих факторов.Средняя скорость вращения 1500 об / с.

Воздух снаружи, проходя через воздушные фильтры, тщательно очищается от загрязнений и сжимается во впускной коллектор. Затем канал закрывается. Смесь дополнительно сжимается и воспламеняется. Затем открывается выпускной коллектор. На входе в камеры сгорания установлен интеркулер.

Необходим для охлаждения горячего воздуха, поступающего от турбокомпрессора. Это увеличивает плотность и уменьшает количество кислорода. Цилиндр получает больше воздуха, который после смешивания с топливом будет гореть более эффективно.За счет этого мощность значительно увеличивается, а расход топлива уменьшается.

Если турбина свистит

В процессе работы через нее образуется огромное количество воздуха, которое затем будет смешиваться с топливом, увеличивая вес смеси. Кислород подается под высоким давлением - под капотом может присутствовать свист как на холостом ходу, так и при движении. Одной из причин является нарушение целостности системы.

Эти звуки могут насторожить. Но не сразу переходите к диагностике в СТО.Вы можете попытаться решить проблему самостоятельно. Первое, что рекомендуют эксперты, - это проверить каждую воздушную трубку в двигателе на предмет утечек. Часто, когда во время разгона на дизельном двигателе происходит свист турбины, возникает избыточное всасывание воздуха. Чтобы устранить проблему, замените прокладки, затяните зажимы и крепления.

В случае износа форсунок они заменяются на новые. Ремонтировать их не подлежат, и вводить в эксплуатацию первые не рекомендуется.

Если система герметична, а свист все еще слышен, необходимо провести более глубокую диагностику, поскольку турбина является очень важным техническим элементом, который должен стабильно работать.Многие не знают, но небольшой свист турбины на дизеле во время разгона - обычное дело. Но если устройство рычит, то это уже связано с проблемами.

Как свистит турбина?

Часто компрессоры издают эти звуки при наборе оборотов в диапазоне от 1,5 до 2,5 тысяч оборотов. В то же время не имеет значения, как быстро разогнаться. Свист все равно будет происходить. Звуки не прекращаются, даже если скорость падает. В то же время характеристики двигателя никак не меняются.Только количество воздуха, проходящего через турбонагнетатель, проходит

Как работают 4 типа турбинных двигателей

Жить с полетной палубы

Газовые турбинные двигатели прошли долгий путь с 1903 года. Это был первый год, когда газовая турбина производила достаточно мощности, чтобы поддерживать свою работу. Проект был выполнен норвежским изобретателем Эгидусом Эллингом, и он произвел 11 лошадиных сил, что было огромным подвигом в то время.

В наши дни газотурбинные двигатели бывают всех форм и размеров, и большинство из них производят , что на больше, чем 11 лошадиных сил.Здесь представлены 4 основных типа турбинных двигателей, а также плюсы и минусы каждого.

1) Турбореактивный двигатель

Heinkel He 178, первый в мире турбореактивный самолет

турбореактивные двигатели были первыми изобретенными типами газотурбинных двигателей. И хотя они выглядят совершенно иначе, чем поршневые двигатели в вашем автомобиле или самолете, они работают по одной и той же теории: впуск , компрессия, мощность, выпуск .

Как работает турбореактивный двигатель?

Турбореактивные двигатели работают, пропуская воздух через 5 основных секций двигателя:

Шаг 1: Воздухозаборник
Воздухозаборник представляет собой трубу перед двигателем.Забор воздуха может выглядеть просто, но это невероятно важно. Задача впуска - плавно направлять воздух в лопатки компрессора. На низких скоростях он должен минимизировать потерю воздушного потока в двигатель, а на сверхзвуковых скоростях он должен замедлять воздушный поток ниже Маха 1 (воздух, поступающий в турбореактивный двигатель, должен быть дозвуковым, независимо от того, насколько быстро летит самолет ).

Шаг 2: Компрессор
Компрессор приводится в действие турбиной в задней части двигателя, и его работа заключается в сжатии поступающего воздуха, что значительно увеличивает давление воздуха.Компрессор представляет собой серию «вентиляторов», каждый из которых имеет все меньшие и меньшие лопасти. Когда воздух проходит через каждую ступень компрессора, он становится более сжатым.
Шаг 3: Камера сгорания
Далее идет камера сгорания, где волшебство действительно начинает происходить. Воздух высокого давления объединяется с топливом, и смесь воспламеняется. Когда топливно-воздушная смесь горит, она движется через двигатель к турбине. Турбореактивные двигатели работают очень обедненно, примерно с 50 частями воздуха на каждую 1 часть топлива (большинство поршневых двигателей работают в диапазоне от 6 до 1 до 18 до 1).Одна из главных причин, по которой турбины работают в таком наклоне, заключается в том, что для охлаждения турбореактивного двигателя необходим дополнительный поток воздуха.
Шаг 4: Турбина
Турбина - это еще одна серия «вентиляторов», которые работают как ветряная мельница, поглощая энергию высокоскоростного воздуха, проходящего через нее. Лопатки турбины соединены с валом и вращают его, который также соединен с лопатками компрессора в передней части двигателя. «Круг жизни» турбореактивного двигателя почти завершен.

Шаг 5: Выхлоп (он же «Я отсюда!»)
Высокоскоростная сгоревшая топливно-воздушная смесь выходит из двигателя через выпускную форсунку.Когда высокоскоростной воздух выходит из задней части двигателя, он создает тягу и толкает самолет (или все, к чему он прикреплен) вперед.

Турбореактивный вынос:

Плюсы:

Относительно простой дизайн
Способный к очень высоким скоростям
Занимает мало места

Минусы:

Высокий расход топлива
Громко
Плохая производительность на низких скоростях

2) Турбовинтовой двигатель

Жить с полетной палубы

King Air с турбовинтовыми двигателями

Следующие три типа турбинных двигателей - это все формы турбореактивного двигателя, и мы начнем с турбовинтового двигателя.Турбовинтовой двигатель представляет собой турбореактивный двигатель, соединенный с пропеллером через систему зацепления.

Как работает турбовинтовой двигатель?

Шаг 1 : турбореактивный двигатель вращает вал, который соединен с коробкой передач

Шаг 2 : коробка передач замедляет вращение, а самая медленная передача соединяется с винтом

Шаг 3 : Пропеллер вращается по воздуху, создавая тягу точно так же, как ваша Cessna 172

Разборка турбовинтового двигателя:

Плюсы:

Очень экономичный расход топлива
Наиболее эффективен на средней скорости между 250-400 узлами
Наиболее эффективен на средних высотах от 18 000 до 30 000 футов

Минусы:

Ограниченная прямая скорость полета
Системы передачи тяжелы и могут сломаться

3) Турбовентиляторный двигатель

Жить с полетной палубы

Некоторые широкофюзеляжные турбовентиляторные двигатели могут производить более 100 000 фунтов тяги.

Турбовентиляторы

объединяют лучшее из обоих миров между турбореактивными двигателями и турбовинтовыми двигателями.И вы, вероятно, увидите эти двигатели, когда отправитесь в аэропорт на следующий рейс.

Как работает турбовентилятор?

Турбовентиляторы работают, прикрепляя канальный вентилятор к передней части турбореактивного двигателя. Вентилятор создает дополнительную тягу, помогает охлаждать двигатель и снижает уровень шума двигателя.

Шаг 1 : Входящий воздух делится на два отдельных потока. Один поток обтекает двигатель (обводной воздух), а другой - через сердечник двигателя.

Шаг 2 : Обводной воздух проходит вокруг двигателя и ускоряется канальным вентилятором, создавая дополнительную тягу.

Шаг 3 : Воздух проходит через турбореактивный двигатель, продолжая создавать тягу.

Турбофан вынос:

Плюсы:

Экономия топлива
тише турбореактивных
Они выглядят потрясающе

Минусы:

Тяжелее турбореактивных
Большая лобовая площадь, чем у турбореактивных двигателей
Неэффективно на очень больших высотах

Турбовентилятор Pratt & Whitney F100 с форсажной камерой F-16

4) Турбовальный двигатель

Вертолет Bell 206 с турбовальным двигателем

Турбовальные двигатели

в основном используются на вертолетах.Самое большое различие между турбовальными и турбореактивными двигателями заключается в том, что турбовальные двигатели используют большую часть своей мощности для вращения турбины, а не для создания тяги в задней части двигателя.

Как работает турбовальный вал?

Турбовальные валы - это, по сути, турбореактивный двигатель с большим валом, соединенным с ним сзади. А поскольку большинство этих двигателей используются на вертолетах, этот вал соединен с лопастью ротора.

Шаг 1 : Двигатель по большей части работает как турбореактивный двигатель.

Шаг 2 : Приводной вал, прикрепленный к турбине, приводит в действие трансмиссию.

Шаг 3 : коробка передач передает вращение от вала к лопасти ротора.

Шаг 4 : Вертолет с помощью неизвестных и магических средств способен летать по небу.

Вывод турбовального вала:

Плюсы:

Гораздо более высокое отношение мощности к весу, чем у поршневых двигателей
Обычно меньше поршневых двигателей

Минусы:

Громко
Зубчатые передачи, соединенные с валом, могут быть сложными и выходить из строя

4 типа двигателей, основанные на одной базовой концепции

Газотурбинные двигатели прошли долгий путь за последние 100 лет.И хотя турбореактивные двигатели, турбовинтовые турбовентиляторы, турбовентиляторы и турбовалы имеют свои различия, они по сути производят мощность одинаково: впуск, сжатие, мощность и выхлоп.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и тесты, которые сделают вас умнее, безопаснее пилота.

Характеристики реактивного двигателя - Википедия

В самолете с неподвижным крылом, приводимом в движение одним или несколькими реактивными двигателями, некоторые аспекты производительности, такие как тяга, напрямую связаны с безопасностью эксплуатации самолета, тогда как другие аспекты работы двигателя, такие как шум и выбросы двигателя влияет на окружающую среду.

Элементы тяги, шума и выбросов при работе реактивного двигателя имеют жизненно важное значение на этапе взлета летательного аппарата. Элементы тяги и расхода топлива, а также их изменение в зависимости от высоты имеют жизненно важное значение на этапах набора высоты и крейсерского полета самолета.

Поведение реактивного двигателя и его влияние как на самолет, так и на окружающую среду подразделяются на различные инженерные области или дисциплины. Например, выбросы подпадают под группу, называемую сгоранием, а источник вибраций, передаваемых на планер, попадает в область, называемую динамикой ротора. Понимание того, как конкретный поток топлива создает определенную величину тяги в конкретной точке огибающей полета, называется рабочими характеристиками реактивного двигателя .Эксплуатационные характеристики являются предметом специальной дисциплины в командах по проектированию и разработке авиационных двигателей, равно как и понимание шума и выбросов их соответствующими специалистами в других группах.

Фундаментальная задача для турбореактивного двигателя с одним валом заключается в согласовании работы компрессора, турбины и сопла привода. Например, способ работы компрессора определяется сопротивлениями потока позади него, которые возникают в камере сгорания, турбине, выхлопной трубе и сопле.^[1]

Соответствие может быть определено как проектирование, определение размеров и манипулирование рабочими характеристиками ^[2] компрессора, турбины и рабочего сопла.

Три фундаментальных наблюдения основаны на ^[3], как описано ниже, чтобы развить необходимое понимание для эффективного соответствия компонентов. Поток через компрессор такой же, как и через турбину. Скорости одинаковы. Мощность, создаваемая турбиной, равна мощности, потребляемой компрессором.Кроме того, сопротивление потоку, наблюдаемое компрессором, определяется двумя ограничителями ниже по потоку, а именно: зоной сопла турбины и зоной выхода метательного сопла.

Вышеупомянутые три связи между компрессором и турбиной отрегулированы и уточнены для учета потоков и мощностей, которые не равны, например, из-за потока компрессора и электрической и гидравлической мощности ^[4], отводимой на планер. Таким образом, производительность понимается и определяется с использованием практического инженерного применения термодинамики и аэродинамики.^[5]

Эта статья охватывает широкий спектр дисциплины производительности реактивного двигателя.

Навигация по этой статье [редактировать]

Конкретные значения тяги и расхода топлива обещаны потенциальному клиенту воздушного судна, и они определяются с использованием процедур, подробно описанных в разделах «Уравнения эксплуатационных характеристик при расчете» и «Простые внепроектные расчеты». Объяснение «не по дизайну» дано в «Общем».

Самолет получает пневматическую, электрическую и гидравлическую энергию в обмен на часть топлива, которое он поставляет.Это упоминается в разделе «Эффекты установки». Эти эффекты определяют разницу между характеристиками неустановленного двигателя (измеренного на испытательном стенде) и установленного на самолете.

Когда воздух забирается из компрессора и используется для охлаждения турбины, это отрицательно влияет на количество топлива, необходимое для создания требуемой тяги. Это покрыто "Охлаждение кровотечений".

Эффект фундаментальных изменений конструкции двигателя, таких как повышенный коэффициент давления и температура на входе в турбину, описан в разделе «Улучшения цикла».Способы повышения коэффициента давления также рассматриваются.

Эффекты чрезмерной и недостаточной заправки, возникающие при изменении тяги, отражены в «Переходной модели».

Существует объяснение сюжета Husk, который является кратким способом подведения итогов работы двигателя.

Доступная тяга ограничена температурным пределом турбины при высоких температурах окружающей среды, как описано в разделах «Номинальная мощность».

Проектная точка [править]

TS диаграмма [править]

Типичная температура противДиаграмма энтропии (TS) для турбореактивного двигателя с одной шпулей. Обратите внимание, что 1 CHU / (фунт К) = 1 БТЕ / (фунт R) = 1 БТЕ / (фунт F) = 1 ккал / (кг ° С) = 4,184 кДж / (кг · К).

Диаграммы зависимости температуры от энтропии (TS) (см. Пример RHS) обычно используются для иллюстрации цикла газотурбинных двигателей. Энтропия представляет степень беспорядка молекул в жидкости. Она имеет тенденцию к увеличению, поскольку энергия преобразуется между различными формами, то есть химическими и механическими.

Диаграмма TS, показанная на RHS, относится к турбореактивному двигателю с одной шпулей, где один приводной вал соединяет турбоагрегат с компрессорным агрегатом.

Помимо станций 0 и 8 используются давление застоя и температура застоя. Станция 0 окружающая. Величины застоя часто используются в исследованиях цикла газовой турбины, потому что знание скорости потока не требуется.

Изображенные процессы:

Freestream (станции от 0 до 1)

В этом примере самолет является стационарным, поэтому станции 0 и 1 совпадают. Станция 1 не изображена на схеме.

Впуск (станции с 1 по 2)

В этом примере предполагается восстановление давления на входе 100%, поэтому станции 1 и 2 совпадают.

Сжатие (станции 2–3)

Идеальный процесс может показаться вертикальным на диаграмме TS. В реальном процессе возникают трение, турбулентность и, возможно, ударные потери, из-за чего температура на выходе для данного отношения давления выше идеальной. Чем меньше положительный наклон на диаграмме TS, тем менее эффективен процесс сжатия.

Сжигание (станции с 3 по 4)

Добавляется тепло (обычно путем сжигания топлива), повышая температуру жидкости. С этим связана потеря давления, некоторые из которых неизбежны

Турбина (станции с 4 по 5)

Повышение температуры в компрессоре диктует, что будет иметь место связанное падение температуры в турбине. В идеале процесс должен быть вертикальным на диаграмме TS.Однако в реальном процессе трение и турбулентность приводят к тому, что падение давления превышает идеальное. Чем меньше отрицательный наклон на диаграмме TS, тем менее эффективен процесс расширения.

Струйная труба (станции с 5 по 8)

В этом примере струя очень короткая, поэтому потери давления отсутствуют. Следовательно, станции 5 и 8 совпадают на диаграмме TS.

Сопло (станции с 8 по 8)

Обе эти станции находятся в горловине (сходящегося) сопла.Станция 8с представляет статические условия. На рисунке TS не показан процесс расширения, внешний по отношению к соплу, вплоть до давления окружающей среды.

Уравнения производительности расчетной точки [править]

Теоретически, любая комбинация условий полета / настройки дроссельной заслонки может быть назначена в качестве расчетной точки характеристик двигателя. Обычно, однако, расчетная точка соответствует максимальному скорректированному потоку на входе в систему сжатия (например, Top-of-Climb, Мах 0,85, 35 000 футов, ISA).

Расчетная полезная тяга любого реактивного двигателя может быть оценена путем поэтапного прохождения цикла двигателя. Ниже приведены уравнения для турбореактивного двигателя с одной шпулей. ^[6]

Freestream [редактировать]

Застойную (или общую) температуру в свободном потоке, приближающемся к двигателю, можно оценить с помощью следующего уравнения, полученного из уравнения энергии установившегося потока:

T1 = t0⋅ (1+ (γc − 1) 2M2 / 2) {\ displaystyle T_ {1} = t_ {0} \ cdot (1 + ({\ gamma} _ {c} -1) \ cdot M ^ {2} / 2)}

Соответствующее давление стагнации (или общее) свободного потока:

P1 = p0⋅ (T1 / t0) γc / (γc − 1) {\ displaystyle P_ {1} = p_ {0} \ cdot (T_ {1} / t_ {0}) ^ {{\ gamma} _ {c} / ({\ gamma} _ {c} -1)}}

Впуск [править]

Так как нет работы или потери тепла на впуске в установившемся режиме:

T2 = T1 {\ displaystyle T_ {2} = T_ {1} \,}

Однако потери на трение и удар во впускной системе должны быть учтены:

P2 = P1⋅prf {\ displaystyle P_ {2} = P_ {1} \ cdot \ mathrm {prf}}

Компрессор [править]

Фактическая температура нагнетания компрессора в предположении политропной эффективности определяется как:

T3 = T2⋅ (P3 / P2) (γc − 1) / (γc⋅ηpc) {\ displaystyle T_ {3} = T_ {2} \ cdot (P_ {3} / P_ {2}) ^ { {(\ gamma} _ {c} -1) / ({\ gamma} _ {c} \ cdot {\ eta} pc)}}

Обычно предполагается отношение давления компрессора, поэтому:

P3 = P2⋅ (P3 / P2) {\ displaystyle P_ {3} = P_ {2} \ cdot (P_ {3} / P_ {2})}

Combustor [редактировать]

Температура на входе ротора турбины обычно принимается:

T4 = RIT {\ displaystyle T_ {4} = \ mathrm {RIT} \,}

Потеря давления в камере сгорания снижает давление на входе в турбину:

P4 = P3⋅ (P4 / P3) {\ displaystyle P_ {4} = P_ {3} \ cdot (P_ {4} / P_ {3})}

Турбина [править]

Уравнивание мощности турбины и компрессора и игнорирование любого отвода мощности (например,грамм. для привода генератора переменного тока, насоса и т. д.) имеем:

w4⋅Cpt (T4-T5) = w2⋅Cpc (T3-T2) {\ displaystyle w_ {4} \ cdot C _ {\ mathrm {pt}} (T_ {4} -T_ {5}) = w_ {2} \ cdot C _ {\ mathrm {pc}} (T_ {3} -T_ {2})}

Иногда делается упрощенное предположение, что добавочный поток топлива точно компенсируется забором воздуха за борт компрессора, поэтому массовый расход остается постоянным на протяжении всего цикла.

Коэффициент давления на турбине можно рассчитать, исходя из политропной эффективности турбины:

P4 / P5 = (T4 / T5) γt / ((γt − 1).{{\ gamma} _ {t} / (({\ gamma} _ {t} -1). {\ eta} _ {\ mathrm {pt}})}}

Очевидно:

P5 = P4 / (P4 / P5) {\ displaystyle P_ {5} = P_ {4} / (P_ {4} / P_ {5}) \,}

Jetpipe [редактировать]

Поскольку в условиях установившегося состояния в водосточной трубе нет работы или потери тепла:

T8 = T5 {\ displaystyle T_ {8} = T_ {5} \,}

Однако потеря давления в трубе должна быть учтена:

P8 = P5⋅ (P8 / P5) {\ displaystyle P_ {8} = P_ {5} \ cdot (P_ {8} / P_ {5}) \,}

Сопло [править]

Засорена ли форсунка? Сопло забивается при горловине числа Маха = 1.{{\ gamma} _ {t} / ({\ gamma} _ {t} -1)} \,}

Если (P8 / p0)> = (P8 / p8s) крит {\ displaystyle (P_ {8} / p_ {0})> = (P_ {8} / p _ {\ mathrm {8s}}) крит \ ,} тогда сопло выбраковано.

Если (P8 / p0) <(P8 / p8s) крит {\ displaystyle (P_ {8} / p_ {0}) <(P_ {8} / p _ {\ mathrm {8s}}) крит \,} , то насадка НЕ ВЫКЛЮЧЕНА.

Дроссельная заслонка [править]

Следующий метод расчета подходит только для дроссельных форсунок.

При условии, что сопло засорено, статическая температура сопла рассчитывается следующим образом:

t8s = T8 / ((γt + 1) / 2) {\ displaystyle t _ {\ mathrm {8s}} = T_ {8} / (({\ gamma} _ {t} +1) / 2) \ ,}

Аналогично для статического давления форсунки:

p8s = P8 / (T8 / t8s) γt / (γt − 1) {\ displaystyle p _ {\ mathrm {8s}} = P_ {8} / (T_ {8} / t _ {\ mathrm {8s}} ) ^ {{\ gamma} _ {t} / ({\ gamma} _ {t} -1)}}

Скорость горловины сопла (в квадрате) рассчитывается с использованием уравнения энергии установившегося потока:

V82 = 2gJCpt (T8-t8s) {\ displaystyle V_ {8} ^ {2} = 2gJC_ {pt} (T_ {8} -t _ {\ mathrm {8s}}))}

Плотность газов в горловине сопла определяется как:

ρ8s = p8s / (R⋅t8s) {\ displaystyle {\ rho} _ {\ mathrm {8s}} = p _ {\ mathrm {8s}} / (R \ cdot t _ {\ mathrm {8s}}) }

Эффективная площадь горловины сопла оценивается следующим образом:

A8 = w8 / (ρ8s⋅V8) {\ displaystyle A_ {8} = w_ {8} / ({\ rho} _ {\ mathrm {8s}} \ cdot V_ {8})}

Полная тяга [править]

В уравнении общей тяги форсунки есть два члена; Идеальная импульсная тяга и идеальная тяга давления.Последний член только ненулевой, если сопло засорено:

Fg = Cx ((w8⋅V8 / g) + A8 (p8s − p0)) {\ displaystyle F_ {g} = C _ {\ mathrm {x}} ((w_ {8} \ cdot V_ {8} / g) + A_ {8} (p _ {\ mathrm {8s}} -p_ {0})) \,}

Неподключенная насадка [править]

Требуется следующий специальный расчет, если форсунка не зафиксирована.

После отключения статическое давление в форсунке равно давлению окружающей среды:

p8s = p0 {\ displaystyle p _ {\ mathrm {8s}} = p_ {0} \,}

Статическая температура форсунки рассчитывается из отношения общего форсунки к статическому давлению:

t8s = T8 / (P8 / p8s) (γt − 1) / γt {\ displaystyle t _ {\ mathrm {8s}} = T_ {8} / (P_ {8} / p _ {\ mathrm {8s}} ) ^ {{(\ gamma} _ {t} -1) / {\ gamma} _ {t}}}

Скорость горловины сопла (квадрат) рассчитывается, как и прежде, с использованием уравнения энергии стационарного потока:

V82 = 2gJCpt (T8-t8s) {\ displaystyle V_ {8} ^ {2} = 2gJC_ {pt} (T_ {8} -t _ {\ mathrm {8s}}))}

Полная тяга [править]

Член толчка давления сопла равен нулю, если форсунка не зафиксирована, поэтому необходимо рассчитать только момент тяги:

Fg = Cx (w8⋅V8 / g) {\ displaystyle F_ {g} = C _ {\ mathrm {x}} (w_ {8} \ cdot V_ {8} / g) \,}

Ram drag [править]

Как правило, за взятие воздуха на борт через воздухозаборник взимается штраф за сопротивление:

Fr = w0⋅V0 / g {\ displaystyle F_ {r} = w_ {0} \ cdot V_ {0} / g}

Чистая тяга [править]

Сопротивление плунжера должно быть вычтено из общего усилия сопла:

Fn = Fg-Fr {\ displaystyle F_ {n} = F_ {g} -F_ {r} \,}

Расчет расхода топлива в камере сгорания выходит за рамки этого текста, но в основном пропорционален входному воздушному потоку в камере сгорания и функции повышения температуры в камере сгорания.

Обратите внимание, что массовый расход является параметром калибровки: удвоение воздушного потока, удвоение тяги и расхода топлива. Тем не менее, удельный расход топлива (расход топлива / полезная тяга) не изменяется, если не учитывать влияние масштаба.

Аналогичные расчетные расчеты могут быть выполнены для других типов реактивных двигателей, например турбовентиляторный, турбовинтовой, прямоточный и др.

Метод расчета, показанный выше, довольно груб, но полезен для получения базового понимания характеристик авиационного двигателя.Большинство производителей двигателей используют более точный метод, известный как True Specific Heat. Высокие давления и температуры при повышенных уровнях сверхзвуковых скоростей будут вызывать использование еще более экзотических расчетов: то есть замороженной химии и химии равновесия.

Рабочий пример [править]

Вопрос

Рассчитайте полезную тягу следующего турбореактивного цикла с одной катушкой при Статическом уровне моря, ISA, используя британские единицы для иллюстрации:

Основные конструктивные параметры:

Массовый расход всасываемого воздуха, w2 = 100 фунтов / с {\ displaystyle w_ {2} = 100 \ \ mathrm {фунт / с} \,}

(используйте 45.359 кг / с при работе в единицах СИ)

Предположим, что поток газа постоянен во всем двигателе.

Общий коэффициент давления, P3 / P2 = 10.0 {\ displaystyle P_ {3} / P_ {2} = 10.0 \,}

Температура на входе в ротор турбины, T4 = RIT = 1400 K {\ displaystyle T_ {4} = \ mathrm {RIT} = 1400 \ \ mathrm {K} \,}

(при увеличении на 1,8, если работать с градусами Ранкина)

Допущения в отношении производительности проектных компонентов:

Коэффициент восстановления давления на впуске, prf = 1.0 {\ displaystyle \ mathrm {prf} = 1.0 \,}

Компрессор политропный КПД, ηpc = 0,89 (т.е. 8,9%) {\ displaystyle {\ eta} pc = 0,89 \ (т.е. 8,9 \%) \,}

Турбинная политропная эффективность, ηpt = 0,90 (т.е. 90%) {\ displaystyle {\ eta} pt = 0,90 ((т.е. 90 \%) \,}

Потеря давления в камере сгорания 5%, поэтому отношение давления в камере сгорания P4 / P3 = 0,95 {\ displaystyle P_ {4} / P_ {3} = 0,95 \,}

Потеря давления в водосточной трубе 1%, поэтому отношение давления в водосточной трубе P8 / P5 = 0.99 {\ displaystyle P_ {8} / P_ {5} = 0,99 \,}

Коэффициент тяги сопла, Cx = 0.995 {\ displaystyle C _ {\ mathrm {x}} = 0.995 \,}

Константы:

Коэффициент удельной теплоты для воздуха, γc = 1.4 {\ displaystyle {\ gamma} _ {c} = 1.4 \,}

Коэффициент удельной теплоты для продуктов сгорания, γt = 1.333 {\ displaystyle {\ gamma} _ {t} = 1.333 \,}

Удельная теплоемкость при постоянном давлении для воздуха, Cpc = 0.6111 hp⋅slb⋅K {\ displaystyle C _ {\ mathrm {pc}} = 0.6111 \ {\ frac {\ mathrm {hp} \ cdot \ mathrm {s}} {\ mathrm {lb} \ cdot \ mathrm {K}}} \,}

(используйте 1,004646 кВт · с / (кг · К) при работе с единицами СИ и использовать 0,3395 л.с. · с / (фунт · ° R) при работе с американскими единицами)

Удельная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания, Cpt = 0.697255 hp⋅slb⋅K {\ displaystyle C _ {\ mathrm {pt}} = 0.697255 \ {\ frac {\ mathrm {hp} \ cdot \ mathrm {s} } {\ mathrm {lb} \ cdot \ mathrm {K}}} \,} (используйте 1,1462 кВт · с / (кг · К) при работе с единицами СИ и используйте 0.{2} \,} (используйте 10.00 при работе с единицами СИ)

Механический эквивалент тепла, J = 550 фут-фунтов / (s⋅hp) {\ displaystyle J = 550 \ \ mathrm {ft} \ cdot \ mathrm {lb} / (\ mathrm {s} \ cdot \ mathrm {hp}) \,} (используйте 1 при работе с единицами СИ)

Газовая постоянная, R = 96.034 ft⋅lbf / (lb⋅K) {\ displaystyle R = 96.034 \ \ mathrm {ft} \ cdot \ mathrm {lbf} / (\ mathrm {lb} \ cdot \ mathrm {K }) \,} (используйте 0,287052 кН · м / (кг · К) при работе с единицами СИ и используйте 53,3522222 фута · фунт-сила / (фунт · ° R) при работе с американскими единицами, включая градусы Ранкина)

Ответ

Условия окружающей среды

Высота давления на уровне моря подразумевает следующее:

Давление окружающей среды, p0 = 14.{\ circ} \ mathrm {C} \,} )

(используйте 518,67 ° R, если работаете с американскими единицами)

Freestream

Поскольку двигатель статичен, обе скорости полета, V0 {\ displaystyle V_ {0} \,} и номер Маха полета, M {\ displaystyle M \,} равны нулю

Итак:

T1 = t0 = 288,15 K {\ displaystyle T_ {1} = t_ {0} = 288,15 \ \ mathrm {K} \,}

P1 = p0 = 14,696 фунтов на квадратный дюйм {\ displaystyle P_ {1} = p_ {0} = 14,696 \ \ mathrm {psia} \,}

Впуск

T2 = T1 = 288.{(1,4-1) / (1,4 * 0,89)} = 603,456 \ \ mathrm {K}}

P3 = P2⋅ (

Как проверить работоспособность турбины на дизельном двигателе

Как проверить турбину на дизельном двигателе

Проверка турбонагнетателя на заведенном двигателе

возможных причин и решений проблемы

О создании турбины

Элемент в дизельном двигателе

Конструкция

Принцип работы турбокомпрессора

Если турбина свистит

Как свистит турбина?

Как работают 4 типа турбинных двигателей

1) Турбореактивный двигатель

Как работает турбореактивный двигатель?

2) Турбовинтовой двигатель

Как работает турбовинтовой двигатель?

3) Турбовентиляторный двигатель

Как работает турбовентилятор?

4) Турбовальный двигатель

Как работает турбовальный вал?

4 типа двигателей, основанные на одной базовой концепции

Характеристики реактивного двигателя - Википедия

Навигация по этой статье [редактировать]

Проектная точка [править]

TS диаграмма [править]

Уравнения производительности расчетной точки [править]

Freestream [редактировать]

Впуск [править]

Компрессор [править]

Combustor [редактировать]

Турбина [править]

Jetpipe [редактировать]

Сопло [править]

Дроссельная заслонка [править]

Полная тяга [править]

Неподключенная насадка [править]

Полная тяга [править]

Ram drag [править]

Чистая тяга [править]

Рабочий пример [править]

Смотрите также