СПОСОБ АЛЕКСЕЕВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК F04B51/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам определения характеристик компрессора газотурбинного двигателя при испытаниях двигателя на борту воздушного судна и может быть использовано для диагностирования технического состояния газотурбинного двигателя.

Известен способ определения характеристик компрессора при испытаниях его на компрессорном стенде, заключающийся в установке узла компрессора с приводом от внешнего источника мощности (обычно электродвигателя) и ступенчатом изменении степени дросселирования проходного сечения за компрессором. При этом для определения изменения параметров на одной приведенной частоте вращения с изменением степени дросселирования изменяется и мощность приводящего во вращение компрессор источника (Солохин Э.Л. Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей, изд. 2-е. Л. Машиностроение, 1975, с. 179-182; Ю.Н.Нечаев и Р.М.Федоров. Теория авиационных газотурбинных двигателей, Машиностроение, 1977, часть 1, с. 114-115).

Недостатками известного способа является то, что он не позволяет определять характеристики компрессоров в составе двигателя без разборки двигателя. Поэтому известный метод не позволяет определять характеристики компрессора в условиях эксплуатации.

Сущность изобретения заключается в определении характеристик компрессора двигателя без его демонтажа с борта и разборки, т.е. обеспечить возможность определения характеристик при испытании газатурбинного двигателя на борту. Особая актуальность использования заявляемого способа связана с тем, что в настоящее время многие газотурбинные двигатели выпускаются модульной конструкции и имеется возможность заменять поврежденные модули непосредственно в эксплуатации, в том числе узел (модуль) компрессора. Однако в настоящее время не существует способов определения характеристик этих модулей в эксплуатации, и поэтому не реализуются преимущества двигателей модульной конструкции.

Заявляемый способ позволяет обеспечить получение в процессе эксплуатации характеристик компрессоров для их анализа и диагностирования технического состояния.

Для этого в способе Алексеева определения характеристик компрессора газатурбинного двигателя, заключающемся в дросселировании, изменении степени дросселирования и мощности привода компрессора, дросселирование осуществляют на входе во входное устройство двигателя или выходе из сопла двигателя. Изменение мощности привода компрессора для выдерживания приведенной частоты вращения компрессора при дросселировании производят изменением расхода топлива в двигатель.

Заявляемый способ основан на том, что при изменении степени дросселирования одного из граничных сечений двигателя изменяется положение линии совместной работы турбины и компрессора на характеристике компрессора. При испытании производится измерение параметров вдоль линии совместной работы компрессора и турбины, т.е. строятся дроссельные характеристики при разных степенях дросселирования граничного сечения двигателя. На основании этих характеристик строятся напорные ветки характеристик компрессора
При испытаниях способом Алексеева по определению характеристик компрессора газотурбинного двигателя требуется наличие у двигателя штатных средств измерения давления воздуха за компрессором, частоты вращения ротора, а также внешней установки для дросселирования и измерения давления между дросселем и двигателем и установки на входе в двигатель, позволяющей измерять расход воздуха. Наличие перечисленных средств измерений позволяет получать напорные ветви расходных характеристик компрессора. Получение характеристик коэффициентов полезного действия, которые также относят к дополнительным характеристикам компрессоров возможно лишь при наличии штатной системы измерения температуры воздуха за компрессором. В настоящее время штатная система большинства газотурбинных двигателей не позволяет производить измерение температуры воздуха за компрессором и, следовательно, в случае необходимости измерения характеристик коэффициентов полезного действия требуется внешняя измерительная система. Однако, для оценки технического состояния дополнительная к расходным характеристикам информация о характеристиках к.п.д. не имеет высокой диагностической ценности.

На фиг. 1 представлены зависимости степени повышения давления и приведенного расхода воздуха от приведенной частоты вращения; на фиг. 2 изображены искомые расходные характеристики компрессора.

Реализация способа Алексеева определения характеристик компрессора газотурбинного двигателя в виде напорных ветвей расходных характеристик осуществляется следующим образом.

На каждой i-ой степени дросселирования (уменьшения площади граничного проходного сечения) строят следующие дроссельные характеристики: G_кi=f(N_к) и П_кi=f(N_к) (Фиг. 1), где:
G_кi приведенный расход воздуха для i-ой степени дросселирования, определяемый по формуле:

G_в расход воздуха,
T_в температура атмосферного воздуха,
P_н атмосферное давление,
N_к приведенная частота вращения компрессора, определяется по формуле:

N_р частоты вращения ротора турбокомпрессора,
П_кi степень повышения давления в компрессоре для i-ой степени дросселирования, определяется по формуле:
П_кi P_к/P_н
P_к давление воздуха за компрессором.

Затем выбирают напорные ветви N_к1, N_к2, N_кj, характеристики компрессора. Для каждой из выбранных j напорных веток определяют по i значений G_кi и П_кi для характеристики компрессора (Фиг. 1).

По определенным значениям G_кi и П_кi строят характеристики компрессора (Фиг. 2).

Полученные характеристики необходимы для сравнительного анализа изменения характеристик в процессе эксплуатации газотурбинного двигателя и диагностирования технического состояния.

Аналогичным образом могут быть определены и расходные характеристики турбины. Для этого необходимо дополнительно наличие штатных или внешних средств измерения температуры газов в турбине, расхода топлива и давления за турбиной.

Способ Алексеева определения характеристик компрессора газотурбинного двигателя прошел успешную проверку при проведении экспериментальных исследований методов диагностирования двигателей ТВ2-117 на вертолете Ми-8 N 25651 в ГосНИИ ГА. В качестве дросселируемого сечения было выбрано сечение за турбиной компрессора двигателя. В качестве дросселирующего устройства использовалась загрузка свободной турбины увеличением шага несущего винта вертолета. Для измерения расхода воздуха использовалось известное устройство описанное в авторском свидетельстве N SU 1500832, кл. G 01 M 15/00, 1987. Заявляемым способом определялись расходные характеристики компрессора и турбины. Магнитные ленты с записью параметров при испытаниях хранятся в ГосНИИ ГА.

Использование: для определения характеристик компрессора газотурбинного двигателя непосредственно на борту воздушного судна при диагностировании его технического состояния. Сущность изобретения заключается в дросселировании двигателя путем изменения площади его входного или выходного устройства с одновременным изменением подачи топлива в камеру сгорания. 2 ил.

Способ определения характеристик компрессора газотурбинного двигателя, заключающийся в дросселировании, измерении степени дросселивания и мощности привода компрессора, отличающийся тем, что дросселирование осуществляют на входе во входное устройство двигателя или на выходе из сопла двигателя путем изменения площади этих граничных сечений двигателя.