Труды НАМИ Выпуск № 138 [Выпуск № 138]

Citation preview

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ Н АУЧНО­ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ

---- llAllН.

----

ТРУДЫ

НАМИ Выпуск 138

ОТДЕЛ НАУЧНОЙ И ТЕХНИ КО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 1;\осква

1972

Уд К

621. 43. 031. 3. 013. 001. 5

Инж. Э. В. Аболтин, канд. техн. на_цк Е. Н. Зайченко

И С С Л ЕДО В АН И Е Т Е Ч ЕН И Я В Б ЕЗ Л О П АТО Ч НО М Д И ФФУЗ ОР Е С РАЗ Л И ЧНО Й Ш ЕРО Х О В А I ОСТ Ь Ю СТЕНО К

Влияние ше р охов атости стен ок безлопаточ ного ди ф фуз ор а н а течение и п оте р и п р актически не изучено. Однако исследов ание этого вопроса п редставляет и нте рес с точки з р е н и я определе н и я возм ожн остей п овыше н и я к. п . д. диффуз ор а з а счет п овыше н и я класса чистоты п оверхности и углубле ния п редставле ний о физи­ ческой сущности п р оцессов течения в диффуз оре . Ше р охов атость н а стенках диф фуз ор а м ожет и меть р азлич ный характер. Так, н а п р и м е р , п р и при менении ток а р н ой обр а б отки сте­ нок р асположе ние бугорков и меет концентрический х а р актер и плотность р ас п оложе ния бу�;орков р азлич н а в та нгенци альном и радиальном н а п р авлен и ях. В то же в р е м я р абота центробеж н ого компрессора на автотр актор ном двигателе с тур б он аддув ом с оп р о­ вождается з а грязнение м диф фуз ор а части ц а м и пыли и копоти, в результате чего обр азуется ше р охов атость песоч ного тип а с отно­ сительно р ав номерным р аспреде.iiе ние м величины и количеств а бу­ горков во всех напр авле н и ях. С точки з р е ния р азвития п редставле ний о сущности п р оцессов течения в безлопаточном ди ф фузоре н а и б ольший и нте р ес пред­ ставляет исследов ание влия н и я р авноме р н о р асп ределенной песоч­ ной ше р охов атости . В т о же время и сследов ание влияния песоч ной шероховатости п озволяет оценить ухудшение к. п. д. диффуз о р а, которое м ожет и меть место п р и з агрязнении безлоп аточ н ого диффу­ зор а в п р оцессе р а б оты тур б окомпрессора. Исходя из этих сообр ажений, в данной р аб оте экспе р и м е нталь­ но исследовалось влияние песоч н ой ше р охов атости , к ото р а я созда­ валась шлифовальной шку р к ой р аз"1ичной зернистости, н аклеи в ае ­ м ой с п о м ощью клея н а обе стенки безлоп аточного диф фуз ор а . Измерение средней высоты не р ов н остей осуществлялось с п о­ м ощью двой н ог о м икр оскоп а МИС- 1 1 . Определение средней вы­ соты нер овностей п р оизв одилось для дес яти выступ ов и впадин, расстояние между высшими и низшимц точк а м и которых и з м е р я-

3

л ось в пределах б аз ов ой длины (ГОСТ 2789-59). Подсчет высоты неровностей п р оизводился п о выр ажению к=

1С 1

+

К2

+

·

10

·

•

+

1С10

.

Результаты подсчета для шкурки различ ной зернистости соот­ ветствовали 155; 80 ; 35 и 8 мк.

Фиг. 1 . С х е м а проточной части экспериментального ком­ прессора

Исследов ание течения в ди ф фуз оре с р азличной ше р охова­ тостью включал о измерение п а р а метров п отока п о ширине канала и статического давления н а обеих стенках. Схе м а п р оточ н ой ч асти экспер и ме нтального к омпрессор а и схе м а установки з ондов и р аз­ ме щения дрен ажей на стенках ди ффуз о р а п оказ аны на фиг. 1. Осе­ радиальное к олесо компрессор а и мело следующие па р аметры: 32° ; �"2 D2 80 мм; Do = 35 мм; 130 мм ; D1 (�л)D, 90°; В = 45 м м ; Ь2 = 7 ,0 мм . R Относительная ше р охов атость _г исследов анных диффуз оров =

=

=

/(

ДJ, Д2, ДЗ и Д4 р авнялась 937; 208, 90 и

4

45.

=

Соответственно ши-

i

./

"V

1�

У�/

� ....... :

1

!

!

1

�1

i

1

l�

-

� .....

а�

�� -

J

.. �

!-'"'-!

'А '

1 !

1

·,;. '

�1 �

·т

1

.

v

,_,

i

u

[

"'

1

1

/

rJ

--

µ

.J'.

u

1

1

�� "

� ......

�� f::::tl

�

�

_;�

j

v ..,...

rn �N .

�

,,...-:

..-.-

iff- �

�

--�)

u

�� >!

""' ....- --:.

rW)ir'""

�

�

�

А

�

�t--+J t----A 1Ъ-�� �ь ...

'

-

�

J

ar

�

� .../ �v;. '�� · :,№ � h� /

[/.,,._ L..--Y t---:'

.....

·��

о

])

1,0

L--..J...-J...__,j,. -'---

2

=

!;.

"--....___......

б

�

2

D=t,155 4

А

�

-

r:::

--......::

�О,337

-

А _,,

"'Ч�

F:::: �:i

� ��

� -lr-0,230 -о- О,288

� - '"""( 'F

L.I.

--

:l

С11.м/сек J.

--

�

!

'°"�

.

��L

-

.

..

.

;.,

о

1-6..._

11

Lt �ь�

А

l

.

k

А

А

.А

;!.

/О" vo--t-a.. А

,

'2

Фиг. 2. Изменение параметров потока по ширине диффузора

.А

r--tk .,......._ '(}."

°""

��

�� "L

""

.IJ=t,Зб '!\� 6

Дl

91-

ti

� '� ) '!'... '-\::з

( :г 937) =

! i

!

•

�

_/

�

-

--2. � �r г

'---- 1-

-fr-0,393 -*- О,4-41

1�Vл

v

......

;---....

�

i5

=

4

t,б7

r-...._

.....\

�)

бdмм

о(, 2�а! .

.

g:.:'--V

о См/се1< 200

150

1

•

"

20

!i

-

-

� r

50

о

_л.+-._.

�

1

1 1 1

i

! !

ki 1-\r" н "" -::: -

0-7

��

-�

1

1

1

Л

�

..

.

_,,.ч--

[,.Л/v Я.1

� А

-

� � ,\� \ъ .......

lJ...

:

(/ !

1

1

__

1

1

�-

i

·-�

� v

"

� J.

,.,,,

-

;/\/.а ,,.-

.,,.._

"'-� "'\

-

�-и

�1

""�

d

1

-�

L,д--

l/1 i

1�

�\� \\

Нз-

f-v

1--4' L-� ,v L---*" � ].....tr-

�'....о--

1

"О

. .

v

-

i

-

�

"

...... v

,_,

1

--+ • 1

=

1,ОЗ

б

2 Фиг.

---.

""

.

�

3. Изменение параметров

б nотока no

1

1

1

1

А.... ..,

А

-

r--...

1

;к

--

....___ .._ _

А

� '"! 1 1 1

"

-

г

1

�� . i� ! 1 L.Л: ./"/ �Б ,,Р /� l\i'\ � '� i \\" �\v

4 .

-

А

•

г

-�n-ив i

'

щирине диффузора Д2

"

б

"J

( :г 208j) =

. ...

"fl

f-.n.

-

,

!

___ __

!

1

+--1� i 1-Л1

1-*-

1 -i

9г

о, 29 0,ЗЗ2

0,389 l-+- о,4зв

1

'

-О-0,50б

1 1

--

1

i

1

1

-r-o

���. --. �

·i

! 1 1

1

(у"

.lJ

/л

'!

1

.n

1vJ;�-l' 1 i

л

�...

c:r"

м. , xw

-

�N

- � - -- � -

� �.

-1.Г

,,/:( [_р--

/

,'t

1

i

.....,.._

·--

�'

'ь

!

� -...-

�

-- · ----

!

1

�

....

1

·�

-

---

-

,

--

!

&

v-

Jf

1---"':'

�

...,

А

1

1--

i:r"'

-

_,-,..

� -+-� --t� -"g"' • w _J-r--

м/сек 100

-

' .

�..;..-� h.._-r--

м/сек

150

1

•

1

100

200

1

--

:

�-i --

г-,i__ 1

1

1

-�· 11 ���_:_t_ �-- 1-�- г:� � 1

i

м

1 1

1

f ! v [А 1 .

:

- .___

"·

·

c!1Pi . �

' 1

1

2

-•

i

i·

i

-

·

А

т_

i

п

--

1_.

1 .

�

1

__,_

А

=

.

-L>l_ 1

--.....

ч

-- �:

-._л

�

·-

�1 'А ?--х-

t,67

Gмм

'8 о{_гра

-

J

20

-

л

л .!

11

LJ

о

200

f50

LJ

�

.

J

СМ/оех

/

�

.......- ...-'\/ ..--

/�

J�� v i�

-

J

J

v-

К- �

:;g:: =а + "

.

�

v

Л

......

�

/, '?У

1Р

.,..

\/

�

,lf'�V 11 �J /

......

""

.....,

200

150

-

Ir

�

�r �r /// e-i/1J 1-А"

о

.......

J.-Y н-н j/ N" �j..-o- l__n..-� ;t � �

-

1 ;У �

_С(

----

2

'J5=t703 4

6

/\

� � �r\ ' � � .i1} Г\� А

��

. -u....

....

'""'

1\�\

� tJ .
0,04 и сх2 .:- - ---1----1

"

А

v

о

, f, 365

,

о " о --- - ---- - -�·--r---- --- -- +----+--- --

- -0- - -

!20 100

а

]

о

0, 22

J

о

0,26

о,зо

q3 1 ,5 р а схожде ние между гр адиент а м и давле н и й , соответствуюiцих р асчетным ( пункти р ) и опытным дан­ ным, уменьшается. Так как при р а счете п о формуле ( 1 8) не учиты в ается уме ньше­ ние статического давления, выз в а н н ое н е р а в номерностью поток а , неустановившимся х а р акте р о м течен и я н а входе в диффузор и дру­ ги м и п оте р я м и , не связ а н н ы м и с трение м , то е стественно, что дей ­ ствительн а я степень повышени я давле н и я ок азывается ниже р ас­ четной . Те м не менее з ависи м ость ( 1 8) м ож н о использов ать дл я п р и ближе н н ого ( с точ ностью д о 1 ,0 % ) оп ределе н и я статического давле н и я в диффуз оре . В ы воды

На основе а н ализ а установившегося осес и м метр ичного трех­ м е р н ого тур буле нтного теч е н и я в оздух а в безл оп атqч н ом диффу ­ з оре п олучены з ависи м ости дл я р а счета к оэ ф ф и циента уме ньшения циркуляции скор ости , среднего угл а п оток а и среднего статического давле н и я . Ан а л из течен и я , п р оведе н ны й с учетом сжи м а е м ости, тре н и я , з ак рутки скор ости и р яд а других ф акто р ов , показал, что кас ательное н а п р яже ние, действующее в радиальном н а п р авлении, пренебреж и м о м ал о в л и яет на п оте р и трения в безлопаточ ном диффуз оре в диапазоне Ь3';;;? 0 ,04 и сх 2 1 5 м/сек. При м акси м альных оборот а х двигател я, до которых е го м ожет раскрутить стартер п р и «холодной пр окрутке » ( n = 20 % ) , х а р ак те ­ ристика пуска ( к р и в а я О Б ) еще не достигает п редельной скор ости воспл аменения смеси , ук а з а нной выше ( с м . фиг . 2, уч аст ок кри­ вой В Г ) . При испыта н и я х р азличных в а р и а нтов одной и той же камеры и форсунки хар актер истики пуска дл я упроще н и я можно строить в виде з ависи м ости Р т = f ( w м ид ) , где Р т представляет собой м и н и ­ м альное давление т опл и в а , при котором п р оисходит пуск камеры у бедной гран ицы в оспл а м е нения. Чем ниже з н ачения Рт > не обходи мые дл я воспл а ме нения, тем луч ш и м и пусков ы м и свойств а м и обл адает к а м е р а . В ажно также , чтобы к р и в а я Рт = f ( w.• мид ) протекала п олого п р и увеличении ско­ р ости . Н а пусковые х а р акте р истики к а м е р ы сгор а н и я влияет степень ее форсиров а н и я п о скор ости воздух а . Для иллюстр ации влияния этого ф актор а п р и в одятся результа­ ты испытаний к а м е р ы ГТД мощностью 80 л . с. ( к а ме р а 2) а нало­ гичной конфигураци и , но с меньшей в 1 ,5 р аз а степенью форсиро­ вания по скор ости воздуха . Каме р а сгор а н и я 2 и м е л а также фор сунку с а нтинага р н ы м обдуво м , но несколько ме ньшей п р оизводительности ( Gт = 72 кГ/ч п ри Рт = 30 кГ/см2) . Диаметр сопл а d c = 1 , 1 5 мм. Из м е н е ние фор мы =

59

топливного ф а ке л а (от пуз ы р я к р азвер нутом у конусу) п р оисхо­ дило п р и давлении, р ав н о м 0,8 кГ/см2• Д и а метр к а м е р ы сгор а н и я 2 р аве н 1 50 мм, д.11 и н а - 3 1 2 мм. Су м м а р н а я площадь отвер стий }2F0 ж а р ов ой трубы р ав н а 1 36 см2• Пл ощадь отверстий первичной з он ы составл ял а 21 % сум м ар ной, в том числе н а д ол ю з авихр ителя п р иходилось 3,4 % . Скорость в оз­ дух а в м иделе вом сече нии к а ме р ы 2 н а номинальном режи м е Wмид = 36 м/сек, что в 1 ,5 р а з а ниже, ч е м в ка мере 1 . Для пуска к а м е р ы 2 п р и ме нял ась та же систе м а з а жигания и свеч а , что и п р и испытаниях к а ме р ы 1 . Н а фиг. 4 дано ср авнение х а р акте р истик пуска к а м е р сгор а н и я 1 и 2. Как следует из п риведенных данных, п р и п 5 % для пуска обеих к а м е р тре буется п р и м е р н о оди н а ковое давлен ие топлива. Однако по мере увеличен и я числ а оборотов давле ние топлива, не ­ обходимое для пуска к а м е р ы 1 , резко воз р астает, т. е . кривая Рт f (п) у к а ме р ы 1 проходит более круто, чем у к а м е р ы 2. Соот­ ветственно дл я пуск а к а м е р ы 1 нуж н а б олее богатая смесь. Н а п р и м е р , п р и о б ор отах «хол одной п р окрутки» (п = 20 % ) тре­ буется двухкр атное по сравнению с к а ме р ой 2 обогащение смеси. Дл я к а м е р ы 2 с м а л ой степенью форсирования по скорости ха­ р а кте р н ы м в отл ичие от к а м е р ы 1 является пл ав ное без пе регибов п р отека ние кривой а" f ( п ) Общим дл я обе их к а м е р сгор а н и я является то, что воспл а ме не­ ние смеси п р и малых оборотах двигателя в оз можно пр оизвести при столь низком давле нии топл и в а , к огда р аспыл и в а ние еще не при­ обрело ф ор м у р азвер нутого конуса . В оз м ож н ость воспл а мене н и я топл и в а п р и столь грубом р аспы­ л и в а ни и объясняетс я н ал ичие м в к а ме ре з авихрител я, который соз­ дает допол н ительное р аспыливание топл и в а и те м с а м ы м п овыша­ ет мелкость дробле н и я капель н а пусковых режи м а х . В т о же в р е м я а нти н а г а р ный обдув форсунки в оздухом несколь­ к о снижает пусковые к ачеств а к а м е р ы сгор а н и я . Для иллюстр а ции р асс м от р и м п р и веде н ные н а фиг. 5 х а р ак­ тер истики пуска к а м е р ы сгор ания 2, име ющей ф орсунку с анти­ н а г а р н ы м обдувом и без него. В л ияние обдува ф орсунки сказыв ается те м больше , че м выше число. обо р отов в о вре м я пуск а , приче м при n 20 % необходимое для пуска к а м е р ы давление топлива при наличии форсунки с об­ дувом воз р а стает н а 75 % . Соответственно сниж ается и потребное для в оспл а м е не н и я смеси з н ачение а к . Следует, однако, отметить, что х а р актер истики пуска с фор­ сункой без обдув а являются неста бильным и и ухудшаются в п р о­ цессе эксплу атаци и ГТД . П о мере о гл оже н и я н а г а р а н а торце сопл а ф орсунки топливный ф акел з адев ает з а н а г а р . П р и этом происходит т акже п одтека ние топл и в а и об р аз ова­ ние кокса в к а мере сгор а н и я . Поэтому введе ние а нтинагар ного обдув а является не обходи­ м ым мероприятие м , повышающи м эксплуатаци онную надежность =

=

=

.

=

60

ГТД и устр а няющим ч астые регл а м е нтные р а б оты п о очистке к а ­ меры и ф о рсунки от н а г а р а . В то же врем я необх одим о уч и т ыв ать некот ор ое ухудше н ие пусковых к ачеств к а м е р ы п р и в веде н и и о б дув а с опл а , ко торые , однако, м огут быть ком пе нси ­ WмшJ М/сек р ов а н ы р ядом известных кон ­ 19 1---1---+- --+---1 структив н ых м е р оп р и ятий Камера сгоранuя ( улуч шение к ачеств а р аспыли ­ 17 � 1 в а н и я п р и низких давлен и я х � 2 топл и в а , выбор опти м альног о п ол ожения свеч и , повыше н ие э не ргии g а з р яд а и д р . ) . В ыше м ы от ме тили вли­ яние з аде ржки в оспл а менения топлив а н а «з а б р ос» те м пе р а ­ тур ы п р и пуске , т. е . м акси­ м альную величину те м пе р ату ­ р ы газ а . J з

-- --;---+---< ._______...._ ..._

VмцiJ М/сек

'f

__,

9

7

Форсgнка: с ооtlфом

5

-

-о-

з

сl.. к 5

г--­

Рт кГ/см2

з,о t-----+--·-----

оез OOO!JOO

lf з

2,0

2

р7 кГ/см 2 1,5

1,5

f,11 fO Ф и г.

15

П "/о

4. В л и я ние ско р о с т и воздуха в кам ере

сгор ания

на

п у ск

0,55

/О

15

П "/.

Ф и г . 5 . В л и я ние а н т и н а г а р ноrо о б ­ дува сопла фо р с у н к и на пуск ка ме­

р ы сгор ания 2

61

Однако в ысокий « з а б р ос» м ожет быть и п р и своевременном, без з адержки, в оспл а ме н е н и и топл и в а , если в к а м е ру подается топ­ лива больше , че м его необход и м о дл я р аскрутки двигател я . Это происходит в тех случ а ях, когда к а м е р а и меет неудовлетворитель­ ные пусковые хар акте ристики и дл я воспл а м е не н и я топлива требу­ ется избыточ ное обогаще н ие смеси. В ыводы

1 . Пусковые свойства камеры сгор а н и я целесообразно оцени­ в ать х а р акте ристикой из мене н и я м и н и м ального давлен и я топлива Р т ( ил и соответствующего коэ ф ф и циента из бытка воздуха каме­ ры ак) в з ависи м ости от скорости в оздуха в миделевом сечении к а мер ы W мид · 2. В к а м е р а х сгор ания с з авихр ителе м воспл а м е не ние смеси м ожет пр оисходить еще до того, как топл ивный ф акел п р и обрел ф ор м у р азвер нутого конуса (Рт < 0 , 7 кГ/см2) за счет допол нитель­ н ого распыл и в а н и я топл ива воздух о м . Однако при этом дл я вос­ пл а менения требуется значительное обогаще н ие смеси (а,< � 1 ,0) . 3 . :Каме р а сгор а н и я должна обеспеч ив ать в оспл амене ние смеси при р аскрутке двигате л я вплоть д о п = 20 % ( обороты «хол одной п р окрутки » ) , дл я че го требуется п ол огое п р отека ние хар акте ристи­ ки пуска Р г = /('ZV мид ) . 4 . П р и неудовлетв ор ительных пусковых х а р актеристиках каме­ р ы дл я ее пуска тре буется з н ачите�1ьное обогаще ние с меси . П о­ дача топли в а п р и этом превышает величину, п отре бную дл я рас­ крутки двигателя, что приводит к большим «з а б р ос а м » те мпе р а ­ т у р ы газ а. 5. В камерах, ф орсиров а н н ы х по скор ости воздух а, дл я пуска требуется более б огатая смесь . Так. в двух однотипных камерах, отл и ч ающихся друг от друга по скор ости Wмид в 1 ,5 раза, отноше­ ние к оэ ф ф и ци нтов избытк а в оздуха dю не обходи мых дл я пуск а, при n = 20 % р а в н о дву м . 6. Антинагарный обдув форсунки несколько снижает пусковые к ачества к а м е р ы , но повышает ее эксплуатационную наде жность. В веде ние обдува ф орсунки должно б ыть компе нси р овано одним из мероприятий по улучше нию пуска .

удк 621. 438-57 : 629. 113 : 662. 75 Канд. техн. наук А . С. Штейнберг

П УС К А В Т О М О Б И Л Ь Н О ГО ГА З О Т У Р Б И Н Н О ГО Д В И ГАТ ЕЛ Я Н А РА З Л И Ч Н Ы Х С О РТАХ ТО П Л И ВА

Как известно, автомобильные ГТД явл яются м ноготопл и в н ы м и двигател я м и , которые должны р а ботать н а р азличных сортах топ­ лива, существе нно отл и ч а ющихся по свои м физико-х и м ическ и м свойств а м друг о т друга . Наиболее р аспр остр аненными сорт а м и топл и в а для газ оту р б и н­ ных двигателей явл яется автотрактор ное топл иво: автомобильный бенз и н , тр акторный ке р осин и дизельное топл иво. Может быть ис­ пользовано также и ави а ционное т опл и в о : бе нз и н Б - 70, а в и а ци он­ ный ке росин (топливо TC- l ) и другие [ l ]. Основные показ ате л и этих сортов топли в а п риведе ны в таблице , а х а р акте р истики из мене­ ния их в яз кости в з ависим ости от те мпе р атуры - н а фиг. l . Н а и б олее в а ж н ы м и физ ически м и свойств а м и топл и в а , влияющи­ ми на пуск двигателя, явл яются ф р акционный состав и в яз кость. Как известно, пусковые свойств а топл ива з ависят от н аличия в нем легких ф р акци й . Исследов а н и я Е . Р . Терещенко, п р оведен­ ные в и нституте им. Б а р а нова н а м одел и камеры. а в и а ци онного г а ­ зотурбинного двигателя , показ али, что х а р акте р ной величиной, оп­ редел яюще й пусковые свойств а , явл яется те мпер атура 1 0 % пере­ гонки топли в а . Исследов а н и я , п р оведе нные автором н а полнор аз м е р ной коль­ цевой к а мере сгор а н и я автом обильного ГТД м ощностью 360 л . с. , подтве рдили обоснов а н н ость п р и н ятия этого крите р и я для оце нки пусковых качеств топли в а [2]. Для того, чтобы оценить вли яние топл ива н а пусковые свойст­ ва ГТД, р ассмотр и м опыты НАМИ по пуску газ отур б и н ных двига­ телей н а авиационном бенз и не Б- 70, топливе TC- l и дизельном арктическом топливе ДА при те мпер атуре - 50 ° С ( фиг. 2) . Те м пе­ р атур а l О % -ной перегонки образцов топли в а , в ы б р анных для ис­ пытаний, с оответствен н о равна 82, 1 58 и 2 1 0°С.

�

Таблица

Основные показатели топпива дпя rааотурбииных АВ•rателеА

Ав и а ц и онный бензин

П о к а з а т ель

Т о п л и в о

ТС-1

Б-70

Температур а к и , 0С

начала

пере г о н - Н е н и же

40

А в то м о бильный бензин А -66

0С

88

1 65

79

Не в ы ш е Не выше

Темпер а тура 9 0 % -но й перегон - Не в ы ш е

Не в ы ш е Не в ы ше

1 45

0С

Т емперату р а 9 6 % - н о й пер егон кн, 0С , не выше

Температу р а 9 7, 5 % -ной гонки, 0С , не выше

пере -

Т е м пер атур а 98 % - но й пер е г он кн, 0С , не в ыше

l(онец кипения, Гемперату р а ниже

0

С. не в ы ше

вспышки,

ос ,

Гемпература помутне н и я , 0С , выше

Вязкость пр и 20°С,

сет

1

д3

1

дл

1 45

230

1 95 -

Не ниже

1 10

Н е в ы ше 200

Не в ы ш е 2 00

Не н и же

Н е выше

Не выше

н� выше 1 80 1 90

25 5

Не ниже Не выше 300 240 Не в ы ш е 275 -

330

275

1

г о с т 305--62

д3

Не н и же 1 70

1 '

дл

Не н и же

200

Н е выше Н е выш е Н е выше 295 275 290

-

-

350

50

60

40

360

1 80 1 56

250

-

300

205 -

не

-

Ге м п е р а т у р а н а ч аJiа кристалJi и зации, 0С , не в ы ше

1 95

-

не

Температура застыв ания, 0С , н с в ыше

ДА

1 50

Тем пер атур а 50 % -иой пе ре го н - Не в ыше ки, 0С 1 05 КИ,

Д и зел ь н о е

г о с т 4749-49

Не в ы ш е

Темпер атур а 1 0 % -но й пер его н - Не в ыше Н е в ы ш е Не в ы ш е

кн,

Тракторный керосин

28 -50

-

-

-60

--60

0 ,6 9

1 ,25

--

-

35

-

-

-

-35

-

-

-60

-45

0,5 1

-

2,5-4,О

3,5-6,О

-

-

5

10

3,5- 8,О

25

-

5.5

- 5

- 35

-10

1 ,8 -3,0

3,0-8,О

Испытания п роведе н ы н а двигателе с индивидуальной к а м е р ой сгор а ния трубч атого тип а и одн осоплов ой однок а н альной форсун­ кой це нтр обеж н ого тип а , что создавало допо.11нительные трудности при пуске . С месь в оспл а ме нялась свечой п оверхностного р аз р яда типа СЭ- 1 5В с энергией р а з р яда 2 дж и ч а стотой 5-7 р а з р яд ов в секунду, установле нной непосредственно в к а мере сгор ани я. �сет

tЧО

13 0 120

110

tг 0 С, -- - г - - -

900

-,

f

- -

lsoo

!

' 500 !

'400 ,____

1

�00 ?оо !оо

Ф иг. 1 . Характеристики

изменения вяэ­ разл ичных сортов топли в а в зависи мости о т темпер атуры: ! - з и м н е е д и з е льн о е топл и во Д З ГОСТ 4749-49 ; 2 д и з е л ь н о е аркт и ч е с к о е т о п л и в о ДА Г ОСТ косш

4749-49; -

3 - тр а кт о рн ы й ке р оси н ; 4 - топли в о ТС - 1 ; б - бе н зи н Ь-70, А-66

__..,__

_

1---и._

l---U-1--+--

(J L..l./-1----'--��----'----'--� 25 z-сск 20 !J _ _!О

Фпг. 2: Хар актеристики пуска ГТД н а . р азличных сортах топл ива п р и -50°С : 1

-

д и з е л ь н о е а р к т и ч е с к о е топл и в о Д А , 2 топливо Т С - 1 ; З Б - 70

бензин

-

Х а р актеристик и , п р и веде нные на фиг. 2, п редставле н ы в виде з ависимости те мпер ату р ы газ а н а выхл опе t г 0С от п р одолжитель­ ности пуска 't: с е к . Величина «з а броса», т. е . м аксим альной вели­ чины те мпер атуры газ а п р и пуске , огр а ничив ается условие м п р оч ­ ности р а бочих л оп аток тур б и н ы . « З а б р ос» те мпер атуры газ а обыч­ но должен быть кр атков ременным и не превышать предельной ве ­ л ичины . В нач альный пер иод пуска двигате.'IЯ от ста р те р а те м п е р атур а газ а р а в н а темпер атуре окружающего воздуха, что свидетельствует 5

Труды

НАМИ, вып.

138

65

об отсутствии горе н и я в к а мере. Момент резкого н а р астания те м ­ пер атуры газ а соответствует м оме нту воспл а менения смеси в ка­ мере, к отор ое происходит п р и давлении топлива Рт = 1 ,5+3,О кГ/см2 в з ависимости от е го сорта . Хар акте ристики пуска с н и м ал и после длительного ( в течение нескольких ч асов) пребывания двигател я при те мпер атуре воздуха -50°С . Несмот р я н а это, п р одолжительность пуска дл я всех видов топли в а не превышал а 30 сек, после чего двигателю можно было с р азу же дать п ол ную н а грузку. П оследующие пуски уже прогре­ того двигателя пр оходил и с мен ьшей з аде р жкой воспла менения и з н ач ительно меньшим «з а бросом» те мпер ату р ы газ а п р и пуске . Способность газ оту р б инного двигателя , охл а жде н н ого до -50°С , быстр о н а б и р ать обороты и с р азу же п р и н и м ать п ол ную нагрузку обусловле н а м ал ы м числом трущихся деталей, а также р а б отой на м аслах м а л ой вязкости с низкой те мпер атур ой з асты в а н и я . Как видно из п риведе н ных хар акте р и стик, луч ш и м и пусковыми свойств а м и обладает бензин Б - 70 ( tг = 840°С ) , худшим и - дизель­ н ое топли в о Uг = 1 000°С ) . Топливо ТС- 1 з а н и м ает п р о межуточ н ое пол ожение между бензином и дизельны м топливо м . Высокий «за­ б р ос» темпер атуры газ а п р и пуске н а дизельном топливе вызван избыточ н ы м обогащением смеси из-з а накапливания в ка­ мере сгор а н и я жидкого топл и­ в а в н ач альный период пуск а . Это п р оисходит вследствие 800 !---- --- - ---·· -- ·-· г . · ·-·� воспл а менения и з аде ржки низкого к . п . д. к а м е р ы ( гру­ 700 >-----·----· . . . ... б ое р аспы.ливание, низкая ис­ п а р яе м ость топлив а ) . Аналогичные испытания бы­ л и п р оведе ны также при те м ­ пер атуре + 1 5 и -20° С . П о и х Ф иг . 3. Максимальная темпе р ату р а вы ­ результатам построены хар ак­ х лопн ых газов п р и пуске ГТД в з ави ­ изменения м акси­ симост и от т ем п ер ату р ы 1 0 % - н о й пере· тер истики гонки топлива : м альной те мпер атуры выхлоп1- температ lр а в оз дух а + 1 5 ° С ; 2- температура ных газов fг max в з ависимости в о вд ух а -20 С; 3 - т е м п е р а т ура в о зд ух а - 50°С от те мпер атуры 1 0 % -ной перегонки топлива ( фиг. 3 ) . Из п риведенных данных видно, что по мере сниже н и я те мпер атуры в оз р а стает влияние летучести топлива на м аксим альную темпера­ туру газ а . П р и п о.�:южительной те мпер атуре и л и п р и м алом охл аждении ( -20°С ) пуск двигателя н а р азличных сортах топлива п роходит с умеренным «з абросом» те м пе р ату р ы газ а (до 700°С ) . Следует отметить, что вязкость дизельного а р ктического топли­ ва п р и охл ажде н и и до -50°С з н ачительно в оз р астает и достигает 1 50 сет, а п р и -60°С топливо з а стыв ает в ооб ще . Низкотемпер атур­ ные свойств а бензцна Б-70 и топлива ТС- 1 лучше , чем у топлива

66

ДА. В язкость их п р и -50°С з начите.'1ьно н иже , составляя соответ­ с тве нно 2,7 и 7,9 ест. Д а же п р и -60°С , к огда в других сортах топ­ л ива начинают выпадать кристаллы льда , ТС - 1 и Б -70 с о х р а н яют е ще хорошую текучесть. У дизельного топлива з астыва ние п р и охл ажде нии определяется по той же методике , что и у м асл а , т. е. п р и пол н ой поте ре теку­ чести , и с опровождается вып адением не только кристаллов льда , но и кристаллов п а р а ф и н а . Эта особе нность дизельного топл ива обусловлен а его хи м ически м составом - н аличием п а р а фи новых углеводородов, п р и определенной те мпер атуре выдел яющихся из топлива в виде мельч айших кристаллов . П р и этом тошшво мутнеет. При дальнейше м п онижении те мпер атуры к р исталлы п а р а фи н а с р астаются, об р азуя сетч атый к а р к а с , и топл иво те р яет свою под­ вижность, т. е. з а стыв ает. Поэтому д изельное топливо не м ожет быть использ ов а н о ниже определе нной те мпер ату р ы . Т а к , летнее дизельное топливо не п р и м е н яется при темпер атуре ниже нул я , ди­ зельное з и м нее топливо ГОСТ 305-62 и ГОСТ 4749-49 -- ниже -20 и -30°С соответственно. Для повышения низкоте мпе р атурных свойств дизельное топли­ во подве ргается пр оцессу деп а р а финиз а ци и , что дает в оз можность применять е го до -50°С ( н а п р и м е р , топливо ДА) . Как уже отмечалось, б ольшое влия ние н а пуск газотурбинного двигателя оказы в ает в язкость топл ив а : с увеличе нием в язкости сниж ается степень з акручивания топлива в к а ме р е з авихрив а н и я форсунки, уменьшается угол топл ивного факел а , и р аспыливание становитс я б олее груб ы м . В т о ж е в ре м я известно, ч т о ухудшение к ачества р аспыливания снижает воспл аменяе м ость топли в а , т а к как п оверхность испаре­ ния уменьшается, а з атр аты эне р гии и времени н а н а грев и испа­ ре ние отдельных к а пель увели ч и в а ются. Кроме того, уменьшение угла топл ивного ф акел а п р ив одит также к перер аспределению топ­ лива в к а мере сгор ания. Для б олее тяжелых в идов топлива влия­ ние вязкости н а р аспыл и в а ние становится еще ощути мее . П оэтому дл я их воспл а ме не н и я необходи м а большая степень р аспылив а н и я , чем дл я легкого топл и в а . Н а пусковых режи м а х п р и отр ицатель­ ной те мпер атуре и низком давле нии впрыска в обычной форсунке дизельное топливо вытек ает из сопл а в в иде струи. Для оценки низкоте м пе р атур ных свойств топл и в а необходи м о з н ать х а р акте р п р отекания кривой вязкости р азличных видов топ ­ .11 ива в з ависи м ости о т те мпе р атур ы ( с м . фиг. 1 ) . П р и изменении темпе р атуры н а и б олее резко изменяется в язкость у дизельного топлива, в з н ачительно меньшей степени у кер оси н а , а у бенз и н а остается п очти б е з из менения. П оэтому н а и б ольшая трудность при з и м не м пуске ГТД воз никает в случае использ ования дизель­ ного топлива. Для иллюстр ации влияния вязкости т о п л и в а н а р а б оту форсун­ ки це нтр обежного ти п а р ассмотри м ф и г . 4, где показ ано р а спыли 5*

67

ванне дизельного зи м него то пл и ва ГОСТ 4749-49 одноканальной од н о с оп л овой фор сун к и с dc = 1 ,05 мм при те мпер атуре + 20°С (v =4 , 6 4 сет) и при те м пер атуре -40°С (v = 9 1 ,7 сет) . Распылив а­ ние о су ще с тв лял ос ь в н еподвиж ную сред у . С ледует от м е т ить, что хотя в ка м ере сг орания з а счет возде й­ ствия воздушных потоков п ри п ус ке и про исх одит некоторое до­ полните л ьное дробле ние капель, I< ачестве н но влияние вязкости топлив а н а м е лкость р аспылива ния сох р а н яется таки м ж е , как по­ t те ристики, чем хар актер истики н асос-регулятор а

( :: ) ( :: )-

П р актически систе м а регул и р ов а ния числ а оборотов сте нда долж­ на и м е rь астатическую х а р акте р истику. Для п олуче н и я при этом устойчивой р а б оты не обходи м о в систе му регулирования ч и сл а обор отов стенда вводить сложные ста билпзи рующие устр ой ­ ства, а также в ы б и р ать мощность электродвигател я с большим з а­ пасом . Второй путь основ а н н а изменении м оме нтно-скор остной х а р ак­ те р истики (Мн-р = f (п) н а с ос-ре гулято р а . При этом способе р аз ­ дельно определяются х а р акте р истики эле ме нтов агрегата, а з атем путе м перестр ое н и я полученных экспе р и м е нтальных кр ивых п олу­ чается статическ а я х а р а кте р истика а грегата н а регуляторном ре­ жиме . П р и определе нии хар акте р истики ре гул ятор а л и н и я н а гнетания топливного насос а соединяется с линие й всасыв а н и я л и б о непо­ средственно, л и б о через кл а п а н , поддержив ающий не б ольшое по­ стоянное давле ние . В следствие этого крутящий м омент н а в алу аг­ регата не з ависит от действ и я регулятор а числа оборотов и сохр а­ няется приблизительно постоян н ы м . Систе м а элект р одвигатель - н а с ос-регулятор в этом случ ае окад Р �О > . зывается устойчивой, поскольку

( ::- )

( а;;д )

З ате м сним ается з ависи м ость п одачи топлива от п оложе н и я до­ зирующего ор г а н а , изменяе м ого вручную, нез ависи м о от п оложе­ ния це нтробежного узл а и других эле ме нтов регулято р а . П р и это м систе м а электродвигатель - н асос-регулятор также устойчи в а , т а к к а к к р и в а я изменения крутящего момента н а в а л у н асос-регулятод Р >О, а п р оизр а и меет обычно положительный н аклон водные

(а;�д )