Chainov_Ivashenko_Konstr_dvs / Чайнов Иващенко - Конструирование ДВС. Стадии разработки двигателя


Основные этапы проектирования осевых компрессоров ГТД.

Основы проектирования облика двигателя и его силовой схемы.

После конструктивной проработке отдельных узлов двигателя, решаются вопросы реализации газодинамической схемы двигателя с соблюдением условий прочности, виброустойчивости, надежности и удобства эксплуатации. Определение силовой схемы двигателя, которая дополняет конструктивную схему способов передачи усилий от роторов корпуса двигателя, условий соединения отдельных узлов двигателя, выбор схемы крепления двигателя к самолету. Определение усилий в узлах крепления, реализация условий модульности двигателя.

При создании двигателя сначала создается прототип двигателя, который соответствует всем перспективным требованиям, при этом используется опыт предыдущих работ, результаты научных исследований, которые проводятся ведущих организациях страны. Учитываются замечания при эксплуатации двигателя. Очевидно, что при создании двигателей наиболее серьезные проблемы возникают при проектировании газогенератора. Он работает при высокой температуре и давлении, поэтому от проектировании конструкции газогенератора зависят сроки создания и стоимость двигателя. Поэтому наиболее важным является своевременная разработка перспективных газогенераторов. Это позволяет создать опережающий научно-технический задел. А на базе перспективного газогенератора возможно создание различных видов двигателей. Таким образом использование ранее разработанных газогенераторов позволяет существенно повысить уровень технического совершенства двигателя и сократить сроки их проектирования и создания. При проектировании двигателей важнейшим является конструктиво-схемное решение по двигателю. Под ним понимается схема двигателя, в которой определены количество и тип роторов, количество расположение опор ротора, тип статора, вентилятора, компрессора, соплового аппарата, турбины и основных элементов трансмиссии двигателя.

Конструктивно-схемное решение определяется исходя из принятой газодинамической схемы, т.е. от зависимости суммарной степени повышения давления, распределения его между вентилятором компрессором, числа ступеней компрессора и турбины. Принятое конструктивно-схемное решение должно отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечить соответственно основному назначению двигателя и его параметров минимальные размеры и массу двигателя. При полном удовлетворении норм прочности и надежности конструкции.

2. Обеспечить возможность достижения минимального уровня вибрации двигателя, отвечающего действующим нормам.

Решение этих задач начинается с определения числа, расположения и типа опор роторов. При этом надо иметь ввиду, что в двух и трехвальной конструкции двигателя желательно иметь опоры каждого роторов непосредственно связанного через подшипники с корпусом двигателя. Это рекомендуется, чтобы избежать взаимного влияния роторов друг на друга, при котором может возникнуть поле вибрации. Опоры желательно располагать в зоне последних ступеней компрессора и первых ступеней турбины. Это способствует стабильности, минимальных радиальных зазоров и высоких КПД компрессора и турбины. Улучшает условия работы турбинной опоры. Для роторов газогенератора необходимо рассмотреть повешенную жесткость. Для этого производится увеличение диаметра вала, связывающего последнюю ступень компрессора с первой ступенью турбины. Для уменьшения длины вала, двигатель необходимо выполнить короткую по длине КС. При ведение работ по проектированию необходимо учитывать, что процесс проектирования двигателя является сложным и трудоемким и требует участия многих коллективов. Для проектирования двигателя используют различные системы автоматического проектирования.

 

Автоматическое проектирование авиационных двигателей.

Проектирование двигателя в целом и его отдельных узлов можно рассматривать как совокупность газодинамических и тепловых расчетов, создания узлов в виде отдельных конструкций и расчета последних на прочность и колебаний. Применение САПР влияет на сокращение сроков проектирования, повышает качество проекта, разгружает проектировочные циклы от ручной работы и сосредоточить их внимание в большей степени на творческой деятельности.

Под автоматическим проектированием понимается проектирование при помощи специальных проектных программ, в процессе которых происходит взаимодействие коллектива проектировщиков системы проектирования. При автоматическом проектировании работа происходит в форме диалога. При этом предоставляется возможность работы с графической информацией. Создание САПР начинается с разработки отдельных подсистем. Автоматическое проектирование, которое представляет собой частные конструктивные решения по трудоемким деталям и узлам м последующим переводом на объединение их в единую коллективную САПР.

Весь процесс проектирования разделяется на этапы:

1. Анализ проточной части двигателя.

2. Разработка силовой схемы двигателя.

3. Схемная проработка двигателя – это решение вопросов компоновки, охлаждения, смазки и предварительный анализ технологичности сборки всего двигателя.

4. схемная проработка узлов двигателя. Формирование облика узла, решение вопросов подвода коммуникаций для охлаждений, смазки узла двигателя, предварительный анализ технологичности сборки узла.

5. Конструктирование сборочной единицы. Соединение диска с валом, опоры двигателя, узла статора и т.д.

Для успешного проектирования в САПР надо иметь высокоэффективную, быстродействующую компьютерную сеть, банк стандартных деталей, банк существующих конструктивных решений. Пакет прикладных программ, осуществляющий трансформацию узлов, пакет прикладных программ графических чертежей, банк математического и технологического обеспечения.

 

Основы проектирования упруго-дельферных опор. (УДО)

Большинство современных ГТД применяются с УДО. Основным назначение УДО является уменьшение общего уровня вибраций роторов и всего двигателя в целом и устранении опасных резонансных колебаний. С этой целью основные параметры и характеристики опор, коэффициенты жесткости, дельферующая способность, место расположения должны быть согласованы наилучшим образом с динамическими характеристиками роторов в системах двигателя. Такое согласование должно производится современными методами с применением современной вычислительной техники еще в процессе проектирования двигателя, т.к. изменение динамических характеристик уже построенного двигателя очень затруднительно и может потребовать существенной переделки его конструкции. Параметры и характеристики опор зависят от их конструкции, основных размеров, в напряжениях в определенных деталях. В качестве дополнительных требований можно указать следующие:

1. Ограничение больших радиальных деформаций в опорах под действие радиальных статических перегрузок. Это предупреждает возможность задевания лопаток ротора о корпус и задеваний в лабиринтных уплотнениях воздушного тракта и масляных полостей.

2. Обеспечение соосности расположения ротора в корпусе, путем смещения центра опоры на величину статической деформации ее упругих элементов от действия сил веса. При этом не должна нарушаться асимметричность упругих и дельферных характеристик опоры.

3. Обеспечение максимальной дельфирующей способности.

4. Обеспечение стабильности и определенности упруго-дельферных характеристик назначении допусков на изготовление деталей опоры и использование возможностей подбора деталей при сборке.

 

Сейчас широкое применение имеют опоры трех видов:

1. Опоры с кольцевыми упругими элементами

2. Опоры типа «беличье колесо».

3. Опоры гидродинамического типа.

Радиальные зазоры.

При проектировании газовых турбин рассматриваются различные режимы для обеспечения минимально необходимых зазоров между ротором и статором, которые гарантируют отсутствие задевания ротора за статор. Величины зазоров рассматриваются с учетом их изменения на различных режимах работы: в полете, стоянии и при резко отрицательных температура. Известно, что большие радиальные зазоры ведут к снижению КПД турбины, и увеличивается удельный расход топлива, что приводит к увеличению температуры газа перед турбиной. Величину исходного радиального зазора между концами рабочих лопаток и корпуса выбирают таким образом, чтобы зазор в горячем состоянии был предельно минимальным, после остановки двигателя и охлаждения не происходило задевания деталей ротора за корпусные детали. Из опыта эксплуатации известно, что изменение радиального зазора от 0,5 до 4 мм ведет к снижению КПД турбины до 7%. Радиальный зазор в холодном состоянии обычно составляет от 0,015 до 0,03 длины рабочей лопатки. При выборе этой величины исходят из того, что на наиболее опасном для задевания режиме работы двигателя зазор оставался минимально возможным с учет упругих и пластических деформаций деталей, образующих зазор в процессе эксплуатации, наличие зазоров в подшипнике, биение, отклонение формы допусков на изготовление и других факторов. Величина зазора изменяется в зависимости от теплового состояния, действия центробежных сил на диск и лопатку при вращении, т.к. при этом возникают упругие и пластические деформации лопаток и дисков. При незнании радиальных зазоров назначаются зазоры отдельно для первой и последней ступени. В зависимости от существующих величин температурных расширений, очень точная оценка радиального зазора очень затруднительна. Поэтому в реальных конструкциях минимальный зазор обеспечивается при помощи легко срабатываемых корпусных вставок, состоящих из однослойных или двухслойных керамических материалов. Металлокерамические вставки имеют внутренний слой, который обеспечивает прочность, состоящий из порошкового железа или никеля, и наружный мягкий слой, легко повреждаемый в случае касания лопатки о корпус. Сейчас уменьшение радиального зазора достигается при помощи сотовых вставок, представляющих собой гофрированную ленту, полученную путем высокой температурной пайки. Лента имеет толщину 0,1-0,2 мм. Тонкие вставки резко снижают утечки и повышают КПД турбины на 2%.

 

Основные этапы проектирования осевых компрессоров ГТД.

В современных условиях при высоком развитии компьютерной техники, проектирование проточных частей компрессора и РТ производится совместно, так как технологии проектирования компрессора и турбины имеют много общего. При проектировании производится выбор параметров этих узлов, основываясь на данных современных двигателей. К числу основных параметров, характеризующих техническое совершенство, относятся степень повышения давления, суммарная степень повышения давления и степень повышения давления вентилятора, КПД, удельная масса, габаритные размеры, окружная скорость на среднем диаметре и концах лопаток.

Для двигателей боевых самолетов, суммарная степень повышения давления равна 23-25; для пассажирских самолетов – 20-30.

Степень повышения давления вентилятора двигателя боевых самолетов - 3-4, двигателя пассажирских самолетов – 1-7.

Окружная скорость на конце лопаток вентилятора двигателя пассажирских самолетов – 420-450 м/с, двигателя боевых самолетов – до 480 м/с.

Эффективным средством понижения расхода воздуха является понижение зазора между рабочими лопатками и корпусом, особенно для последних ступеней компрессора. Понижение радиуса зазора осуществляется путем притирки, повышения жесткости корпуса, нанесения на корпус над лопатками мягкого покрытия, обеспечения гарантированного зазора за счет нагрева и охлаждения статора и ротора с использованием материалов с различными коэффициентами линейного расширения. Параметром, от которого зависит качество двигателя и безопасность полетов, является ресурс. Ресурс является количественным показателем долговечности двигателя, которая также определяется состоянием деталей компрессора. Эксплуатация компрессора по техническому состоянию с использованием средств технической диагностики позволяет более полно использовать заложенные ресурсы при сохранении требований безопасности.

Для этого компрессор должен быть контролепригодным, иметь модульную конструкцию, которая позволяет заменять вентилятор или лопатки компрессора среднего, низкого и высокого давления непосредственно в эксплуатации. Очень важно для обеспечения эффективности компрессора сохранение его основных характеристик. Это особенно актуально для компрессоров вертолетных двигателей, которые подвергаются активному воздействию окружающей среды: пыль, песок и влага приводят к повышенному износу поверхности деталей, а в первую очередь рабочих лопаток компрессора, что приводит к ухудшению газодинамических и прочностных характеристик. Высокая долговечность деталей компрессора закладывается при проектировании, путем применения коррозийно-стойких материалов и противоэрозионных покрытий. Обеспечение жесткости конструкции достигается использованием пылезащитных устройств и выбора радиуса зазоров между рабочими лопатками вентилятора и спрямляющего аппарата с целью устранения посторонних частиц. При совершенствовании конструкции компрессора необходимо:

1. понизить удельную массу;

2. понизить удельный расход топлива за счет улучшения основных параметров и совершенствования конструкции;

3. повысить надежность и сократить расходы времени на техническое обслуживание;

4. понизить воздействие на окружающую среду.

Теоретические расчеты показывают, что в дальнейшем возможно понижение удельного расхода топлива для двигателей самолетов гражданской авиации на 20%, для боевых самолетов на 30% и больше. Перспективным является также использование рабочей лопатки вентилятора, изготовленной из композиционных материалов. Это позволяет улучшить обтекание лопатки и понижение потери. Для повышения частоты вращения ротора турбины и повышения его КПД, а с другой стороны, для понижения частоты вращения лопаток вентилятора предлагается использовать редуктор; предлагается использовать вентилятор и КНД, вращающиеся в разные стороны. Так же рекомендуется широко использовать поворотные лопатки для вентилятора и компрессора ВД и более эффективно использовать отбор и перепуск воздуха. Для сохранения в эксплуатации основных параметров компрессора рекомендуется использовать жесткие роторы, применять для ротора и статора материалы, имеющие минимальное значение радиальных осевых зазоров без дополнительных мероприятия по охлаждению или нагреву корпуса. Создавать также конструкции вентилятора и разделительного корпуса, которые позволят направлять большую часть посторонних частиц, попадающих в двигатель, в наружный контур. Дополнительно предлагается обеспечить надежность уплотнений. В настоящее время в современном авиационном двигателе компрессор проектируется одновременно с турбиной. Следовательно, необходимо рассмотреть конструктивные схемы газовых турбин, применяемых в авиационных двигателях.

В настоящее время применяются одновальные, двух- и трехвальные двигатели. Число ступеней турбины в зависимости от назначения двигателя может быть от 2 до 8. В трехвальном используется турбина высокого, среднего и низкого давления. Кроме этого в турбовальных двигателях используется свободная турбина.

Наибольшие трудности вызывает проектирование охлаждаемых турбин высокого давления, в которых необходимо ограничить число ступеней до двух. В этих условиях должна быть обеспечена требуемая прочность Рабочих лопаток и дисков, несмотря на высокую температуру газа – 1800К и более.

В этих условиях при высоких окружных скоростях происходит значительное понижение температуры газа после первой ступени и, благодаря этому можно последующие ступени выполнять неохлаждаемыми, что значительно упрощает конструкцию с газовой турбиной в целом.

Трудности создания охлажденных турбин связаны с проектированием системы воздухоохлаждения в дисках и рабочих лопатках конструктивными изменениями профилей, соответственно введением коммуникаций подвода охлажденного воздуха и применением теплообменника. Кроме этого, если количество воздуха, отбираемого на охлаждение из последующих ступеней компрессора, превышает 13 %, следовательно, повышается газодинамическая нагруженность турбины, и в этом случае понижается КПД турбины.

Турбина КНД и турбина вентилятора проектируются для более низких окружных скоростей. Эти турбины выполняются неохлаждаемыми, так как проектируются со значительно низкими температурами на турбине высокого давления, а в отдельных случаях проектируются только с охлаждением первой ступени соплового аппарата, остальные детали газовой турбины выполняются неохлаждаемыми. В отдельных случаях на последних ступенях турбины выполняются с увеличением среднего диаметра по сравнению с турбиной высокого давления. В месте перехода выполняется сопловой аппарат большего диаметра.

При проектировании проточная часть турбины задается периферийными и втулочными диаметрами сечений на входе и выходе на каждом каскаде турбины, и длиной каскада; аналогично проектируются каскады компрессора. Длина каждого определяется количеством ступеней, а кольцевые площади, характерные для каждой ступени проточной части, определяются по заданным значениям расходов воздуха или газа, полного давления и температуры рабочего тела из условий неразрывностей потоков: диаметральные размеры проточных частей турбокомпрессора, выбираются из следующих условий:

1. из условий обеспечения минимальных лобовых габаритов – условие определяет выбор диаметральных размеров вентиляторных лопаток двухконтурного двигателя;

2. выбор диаметральных размеров производится по условию выбора оптимальных размеров газогенератора, так как оптимальные размеры газогенератора влияют на весовые характеристики двигателя.

3. выбор диаметральных размеров турбокомпрессора производится по окружным скоростям вращающихся рабочих лопаток турбины и компрессора, так как ротор компрессора и турбины вращается с одинаковой частотой.

Исходя из этого, выбор диаметральных размеров предполагает оценку прочности рабочих лопаток турбины с учетом их охлаждения, а также согласование компрессора и турбины по окружным скоростям.

При формировании проточной части турбокомпрессора необходимо учитывать возможность эффективной работы компрессора и турбины при минимальных габаритах и массе.

Стремление понизить габариты и массу приводит к повышению осевых и окружных скоростей проточной части двигателя, что ведет к снижению КПД компрессора и турбины, к ухудшению экономичности двигателя. Следовательно, при проектировании двигателя возникают противоречия. С одной стороны, необходимо обеспечить эффективную работу турбокомпрессора, с другой – обеспечить минимальные габариты и массу, но в то же время необходимо предусмотреть обеспечение заданного ресурса и оптимальной трудоемкости ресурса двигателя. Следовательно, необходимое условие разрешения данных противоречий приводит к успешному проектированию двигателя, что значит: эффективная работа компрессора и турбины закладывается на стадии их проектирования. Основные параметры проточной части турбокомпрессора определяется для взлетного режима. Это необходимо по следующим причинам:

1. на этом режиме – максимальный расход воздуха, максимальная температура газа перед турбиной и максимальное напряжение в узлах двигателя.

Ресурс двигателя определяется также главным образом работой двигателя на этом режиме, следовательно, максимальная частота вращения турбокомпрессора должны определяться из условия обеспечения достаточных запасов прочности рабочих лопаток турбины.

2. все рекомендуемые значения основных параметров турбокомпрессора выбираются из условий работы двигателя на земле, это соответствует высоте полета раной нулю и скорости полета равной нулю, а также при давлении и температуре окружающей среды.

Исходными данными для расчета основных размеров проточной части турбокомпрессора являются параметры рабочего процесса.

В ДТРД: температура газа перед турбиной, степень увеличения ротора компрессора высокого и низкого давления, степень двухконтурности, степень давления вентилятора. Кроме этого необходимо знать величину работы каскадов, а еще температуру и давление рабочего тела во всех характерных сечениях двигателя и расход рабочего тела через эти сечения.

Из курса теории двигателей известно, что в проектировании двигателей необходимо обеспечить баланс мощностей компрессора и турбины, при известных значениях работы этих узлов, согласование работы компрессора и турбины по окружным скоростям, с учетом равенства частот вращения роторов. Необходимо также обеспечить запас прочности рабочих лопаток турбины по растягивающим напряжениям. Значение кольцевых площадей поперечного сечения проточной части на входе и выходе каждого каскада компрессора определяется из уравнения неразрывности, так как расход рабочего тела (воздуха или газа), полная температура и давление заданы, а приведенные скоростив характерных сечениях выбираются по опытным данным, известным из эксплуатации двигателя. Например: для компрессора во входном сечении, в случае дозвукового потока, приведенная скорость равна 0,5 – 0,6 (λ). В случае сверхзвукового потока λ = 0,6 – 0,75.

 

λ = с / акр.

Для турбины, во входном сечении λ = 0,2 – 0,3, а для двухконтурных двигателе

λ = 0,35 – 0,55, для турбовальных двигателей λ = 0,3 – 0,45.

 

Gвi = ρi * Fi * Ci – уравнение неразрывности;

 

Fi = Gвi / ρi * Ci.

 

При проектировании проточной части малоразмерных двигателей необходимо значение λ в характерных сечениях принимать на нижнем уровне. Таким образом, задаются исходные данные для определения геометрических размеров кольцевого сечения проточной части. Кольцевое сечение проточной части можно задать через диаметр рабочего колеса, диаметр втулки и средний диаметр.

Например, если в любом сечении проточной части задаются значения среднего диаметра, то можно определить высоту лопатки (hi), которая определяется следующим отношением:

 

hi = Fi / П Dсрi

 

Fвт i = П D2вт / 4

 

Fк i = = П D2кi / 4

Следовательно, все диаметральные размеры можно рассчитать по известным зависимостям, а определение основных диаметральных размеров в проточной части компресса сводится к определению в каждом характерном сечении диаметров колеса, диаметра втулки, среднего диаметра и высоты лопатки. Следовательно, определяемые величины зависят от расходов воздуха или газа через турбокомпрессор, а в конечном итоге – от тяги двигателя.

При проектировании необходимо пользоваться относительными величинами: относительным диаметром втулки. Для большинства двигателей эта величина на входе в двигатель равно 0,3 – 0,5.

Для большей части современных двигателей существуют более узкие пределы изменения относительного диаметра втулки – 0,4±0,15. Значение данной величины для турбовальных двигателей отличается – 0,6 – 0,75.

 

d’вт = Dвт / Dколеса

 

В сечении на выходе из компрессора величина относительного диаметра обычно больше из-за уменьшения высоты лопатки. А в турбине – наоборот.

В общем виде определение геометрических размеров проточной части решается совместно с выбором числа ступеней турбокомпрессора и обеспечение заданного запаса прочности рабочих лопаток турбины. Известно, что работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в ступени компрессора, определяется:

 

Lст.к = H’ср U 2ср, H’ср – средний коэффициент напора, U 2ср – квадрат окружной скорости в среднем диаметре проточонй части компрессора,

 

Известно, что общая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре, определяется, при проектировании, термогаздинамическими расчетами, поэтому число ступеней определяется:

 

Z = Lк / Lст.к = Lк / Н’ср * U 2ср.

Lк – работа, затраченная на сжатие воздуха в компрессоре.

Lст.к – работа, затраченная на сжатие воздуха в одной ступени компрессора

 

Величина коэффициента среднего напора выбирается из опытных данных по условиям эксплуатации. Средний напор – 0,3 – 0,4, а для вентиляторных ступеней – 0,3 – 0,35.

Средний диаметр проточной части определяется полусуммой диаметра колеса и диаметра втулки. Аналогично определяется число ступеней турбины:

 

Zт = Lт * У2т* / H’ср.т * ηт,

Ут* - коэффициент нагруженности турбины, для современных двигателей равен 0,5 – 0,6.

 

Обычно для высокотемпературных турбин, в том числе для турбины газогенератора рекомендуется коэффициент – 0,5, а для многоступенчатых турбин, в том числе для турбин вентилятора, коэффициент – 0,6.

Рекомендуемое значение коэффициента напора ступеней компрессора и нагруженности турбины выбирается из условия обеспечения высоких КПД для компрессора и турбины, при условии, что компрессор работает в пределах устойчивых границ. Из приведенных соотношений следует, что число ступеней компрессора и турбины пропорционально величинам работ этих узлов. По мере развития авиационного двигателестроения происходит постоянное увеличение параметров рабочего процесса, так же степени повышения давления. Это влечет за собой постоянное увеличение работы, которое необходимо для привода компрессора, и соответственно происходит увеличение потребной окружной скорости и количества ступеней компрессора и турбин, поэтому при помощи вышеприведенных формул, задаваясь значениями окружной скорости можно оценить количество ступеней компрессора и турбин, и наоборот: задаваясь количеством ступеней – определить потребные скорости вращения.Например, для турбины газогенератора обычно задаются количеством ступеней и определяют потребное значение окружной скорости турбины. А для компрессора газогенератора: задаются типом компрессора, и по нему выбирают значение окружной скорости и соответственно оценивают количество ступеней. При подборе значения окружной скорости необходимо иметь в виду, что тип компрессора характеризуется не средней окружной скоростью, а окружной скоростью на периферии рабочей лопатки первой ступени компрессора, то есть, для дозвуковых ступеней – 300-350 м/с, околозвуковых – 350-420 м/с, сверхзвуковых – 420-500м/с.

Соотношение между приведенной скоростью и фактической скоростью зависит от полной температуры воздушного потока на входе в рассматриваемый компрессор.

 

U к.пр = U к √ Тв* / 288

 

Отношение окружных скоростей зависит от отношения диаметров. Известно, что диаметр ступени компрессора определяется формой и размерами проточной части компрессора. Кроме этого, располагаемая работа турбины и потребляемая работа компрессора связаны балансом мощностей. Поэтому при расчетах выражаются значения работ через параметры ступеней. Подставляя эти значения в уравнение баланса мощностей, с учетом равенства частоты вращения ротора и компрессора турбины, а коэффициенты напора и нагруженности ступеней компрессора и турбины постоянны, находят соотношение числа ступеней компрессора и турбины от отношения средних диаметров его проточной части.

 

Zк / Zт = ƒ(Dср.т / Dср.к)

 

Если диаметры равны, то на одну ступень турбины приходится приблизительно 5 ступеней компрессора. Если средний диаметр компрессора на 30 ниже среднего диаметра турбины, то на одну ступень турбины приходится 7-10 ступеней компрессора. В последнее время в современном двигателестроении наметилась тенденция уменьшения числа ступеней, даже на двигателях с высокой степенью повышения давления. Это достигается путем повышения величины окружной скорости и оптимальном трехмерном проектировании межлопаточных каналов, это касается и турбины. Применение современных материалов позволяет значительно увеличить окружные скорости роторов компрессора и турбины. При этом количество ступеней можно сократить в 2 раза. При условии сохранения высокого уровня КПД компрессора и турбины.

Объем жаровой трубы делится:

1. Первичная зона горения.

2. Промежуточная.

3. Зона смешения.

В первичной должно быть обеспечено условие для стабилизации пламени. Необходимо обеспечить достаточное время пребывания топливовоздушной смеси. Необходимая температура горения и высокая степень турбулизации потока.

Промежуточная зона предназначена для завершения горения. Она является продолжение первичной зоны и служит для завершения горения при высокой температуре. Эта зона предотвращает преждевременное охлаждение газа для обеспечения максимальной полноты сгорания.

Зона смешения обеспечивает формирование средней температуры газа на входе в турбину, поэтому в эту зону через отверстия в жаровой трубе подается воздух. Объем подаваемого воздуха равен примерно 20-40% от суммарного расхода воздуха через КС.

Определение размеров камеры сгорания является задачей проектировочного расчета и основывается на определенных термогазодинамических расчетах и практическом опыте, накопленном при создании камер сгорания для определенного типа авиадвигателей.

Минимальный объем жаровой трубы рассчитывается по параметрам форсирования, которые определяются соответствующей эмпирической зависимостью:

 

Кv =const * Gг / Pк1,25 * Tк * Vк

 

Исходными данными для проектирования являются параметры рабочего процесса, заданные полнотой сгорания топлива, также геометрические размеры проточной части на выходе из компрессора и на входе в сопловой аппарат турбины. Эмпирические зависимости связывают основные геометрические размеры камеры сгорания и ее характеристики, то есть, полноту сгорания топлива, потери полного давления в камере сгорания и неравномерность поля температур. В качестве расчетного режима для проектирования выбирается взлетный режим полета двигателя. Однако все размеры, полученные при этом корректируются с учетом высотного запуска, особенности которого требуют увеличения размеров жаровой трубы. Поэтому размеры КС, полученные на взлетном режиме значительно меньше, чем на режиме высотного запуска. Все испытания показывают, что, если принять объем КС соответствующий взлетному режиму, то ее размеры будут не достаточны для нормального розжига и раскрутки двигателя в режиме авторотации. После уточнения геометрических размеров определяется облик КС, который можно корректировать в составе всего двигателя. При проведении расчетов на компьютере, все варианты КС рассчитываются автоматически.

 



infopedia.su

Стадии проектирования двигателя - Энциклопедия по машиностроению XXL

Оптимальная оценка работоспособности может быть получена в результате анализа множества состояний, в которых находится двигатель в период эксплуатации. Анализ может быть выполнен как на стадии проектирования двигателя, так и экспериментально в период его эксплуатации, а также комбинированным путем.  [c.43]

Степень повреждения деталей 258 Стадии проектирования двигателя 23—26  [c.559]

Безопасный ресурс таких основных деталей двигателя, как диски ротора, на стадии проектирования определяется расчетом и в дальнейшем обязательно подтверждается натурными испытаниями двигателя или дисков. Поэтому на практике расчеты долговечности дисков носят оценочный характер и служат в основном для сравнительного  [c.38]

На стадии проектирования для обеспечения высокой оперативности и объективности научного поиска, проверки эффективности принимаемых конструкторско-технологических решений усовершенствован метод прогнозирования надёжности и долговечности выпускаемых и вновь разрабатываемых двигателей.  [c.217]

В основу разработки математической модели для расчета периодичности ремонтов тяговых двигателей на стадии проектирования положено следующее.  [c.140]

В книге рассматриваются внедренные на заводе системный метод проектирования, позволивший поднять процесс конструирования и доводки па принципиально новую ступень, стадии и этапы проектирования, как регламентированные соответствующими стандартами, так и получившие дальнейшее творческое развитие на МТЗ, современные методы расчетной и экспериментальной оценки функциональных параметров и долговечности машин, система управления качеством на стадиях проектирования и производства, методы авторского надзора за производством и эксплуатацией. Представлены результаты исследования износа деталей двигателя.  [c.3]

Асинхронный электродвигатель (АЭД) является наиболее распространенным видом привода механических систем. Около половины всей электрической энергии, вырабатываемой в стране, расходуется асинхронными двигателями. В то же время надежность этих машин еще далека от оптимального уровня. Достаточно сказать, что в СССР в течение года подвергается капитальному ремонту около 20% установленных АЭД [1]. Появилась необходимость разработки методов ускоренных испытаний АЭД, позволяющих оценивать надежность еще на стадии проектирования. Если в отношении двигателей мощностью до 100 кВт такие методы разработаны достаточно полно [2, 3], то для двигателей мощностью свыше 100 кВт их пока нет. Распространение имеющихся методик на крупные машины не представляется возможным ввиду высокой стоимости обеспечения требуемой выборки (15—20 машин).  [c.38]

Суш,ественное отличие от укоренившейся практики синтеза систем управления вносится использованием инерци-ального угла ориентации радиуса-вектора (вместо времени) в качестве независимой переменной для производящей функции (приложенного ускорения) при формировании годографа ускорения. Обычные методы проектирования траекторий (которые являются следствием старого подхода к управлению тягой в разомкнутом контуре, определившегося еще на ранней стадии разработки двигателей для летательных аппаратов) основываются на том положении, что вариация силы тяги в функции времени должна являться непосредственным выходом работы по проектированию и что это вполне согласуется с возможностями двигательных установок.  [c.79]

Этап проектирования двигателя имеет две достаточно четко выра-женные стадии. Первая охватывает выбор конструктивной схемы двигателя и организацию взаимодействия между его агрегатами с учетом внешних воздействий и обязательным соответствием рассматриваемого варианта схемы требованиям ТЗ. Вторая стадия проектирования связана с конструированием агрегатов и узлов двигателя и организацией их автономных конструкторских испытаний.  [c.17]

Вариант схемы двигателя, выбранный на первой стадии проектирования, определяет конструкцию агрегатов и узлов, их общее количество, а также условия работы и чувствительность к внешним воздействиям.  [c.17]

На первой стадии проектирования методом исследования схемы будущего двигателя является анализ его математической модели.  [c.17]

Одной из задач динамики механизмов является определение сил, действующих на элементы кинематических пар, и так называемых уравновешивающих сил. Знание этих сил необходимо для расчета механизмов на прочность, определения мощности двигателя, анализа характера, износа трущихся поверхностей, установления типа подшипников и их смазки и т. д., т. е. силовой расчет механизма является одной из существенных стадий проектирования машин.  [c.376]

Современные методы расчетно-теоретических и экспериментальных исследований позволяют на начальной стадии проектирования автомобиля выполнять наибольший объем научно-исследовательских работ, основной задачей которых является обоснование основных параметров автомобиля, в том числе основных компоновочных размеров автомобиля, массы и состава автопоезда, мощности двигателя, параметров трансмиссии, удовлетворение требованиям эргономики, сохранения окружающей среды и обеспечение безопасности движения и др.  [c.3]

Книга состоит из двух частей. В первой части изложены основы проектирования автомобилей большой грузоподъемности. Рассматривается комплекс вопросов, которые приходится решать на начальной стадии проектирования, даны критерии оценки технического уровня и основных эксплуатационных качеств автомобилей большой грузоподъемности, освещены принципиальные вопросы определения основных показателей двигателя и трансмиссии, изложены основные положения компоновки автомобиля, а также даны основы технико-экономического анализа проектируемого автомобиля с оценкой его технического уровня и экономической целесообразности.  [c.4]

Следует отметить, что всякий опытный образец изделия, выполненный в металле, будучи прогрессивным по отношению к предшествующему изделию, все же содержит элементы консерватизма, и вносить изменения в конструкцию при уже изготовленном образце намного труднее, чем делать это своевременно в соответствующей проектной документации. Следовательно, необходимы такие расчетные методы, которые позволили бы давать оценку эксплуатационных качеств автомобиля, с тем чтобы уже на стадии проектирования можно было выбирать оптимальные параметры двигателя и трансмиссии.  [c.97]

В этой стадии проектирования выбирают двигатель, производят кинематический расчет привода, определяют геометрические параметры зубчатой (червячной) передачи редуктора, размеры быстроходного и тихоходного валов, а также выбирают и рассчитывают подшипники.  [c.38]

ТЗ содержит основное назначение, основные технические характеристики, важнейшие технические требования и показатели качества, технико-экономические и специальные требования, связанные со спецификой применения разрабатываемого двигателя. После соответствующей предварительной проработки, согласования и утверждения ТЗ является основным определяющим документом для всех стадий проектирования и в дальнейшем для создания двигателя.  [c.24]

Процесс проектирования двигателя включает в себя следующие стадии  [c.25]

Особенности работы лопаток турбин. Как известно, одним из важнейших путей улучшения параметров газотурбинных стационарных и транспортных двигателей является повышение температуры газа перед турбиной [15]. При этом возникает большое число проблем, связанных с обеспечением длительной и надежной работы элементов конструкции турбин и прежде всего рабочих лопаток [7, 10, 18]. Ниже рассмотрены только вопросы, связанные с термопрочностью лопаток турбин, на основе которых могут быть рассчитаны напряжения и деформации и оценена прочность лопаток на стадии проектирования турбины.  [c.294]

Стремясь получить хотя бы частичное удовлетворение от скудных результатов своей работы, многие изобретатели вечных двигателей, сталкивавшиеся с непреодолимыми трудностями как раз при переходе от стадии проектирования своего детища к его практической реализации, старались как можно  [c.206]

Попытки решить задачу регулирования твердотопливных двигателей предпринимались неоднократно, но к осязаемым результатам пока не привели. Поэтому программа горения твердотопливного заряда продумывается заранее, еще на стадии проектирования, а зависимость номинальной тяги твердотопливного двигателя от времени является некоторой жесткой, заранее выбранной проектной характеристикой, основные параметры которой подстраиваются под принципиальную схему ракеты или под выполняемую двигателем задачу.  [c.144]

На стадии проектирования величиной / можно просто задаться, ориентируясь на существующие конструкции двигателей и учитывая степень тех трудностей, какие могут встретиться во время доводки нового двигателя.  [c.329]

В работе [35] приведена следующая эмпирическая формула дод определения повышения давления в струйном преднасосе, которая может быть использована на стадии эскизного проектирования двигателя  [c.108]

На заключительной стадии инженерной разработки проводятся проектирование, создание и доводка полноразмерного двигателя. При этом выполняется комплекс доводочных работ и специальных испытаний двигателя в стендовых и полетных условиях. Завершается эта стадия квалификационными испытаниями и получением разрешения на серийное производство авиационного ГТД. Продолжительность этой стадии — приблизительно 4,5 года.  [c.86]

Поведение суперсплавов в условиях усталости — тема далеко не узкая. Название "суперсплавы" охватывает материалы от сплавов с твердорастворным упрочнением ва основе викеля или кобальта до никелевых сплавов, содержащих до 65 % (по объему) ЗГ -фазы, и от монокристаллических отливок до мелкозернистых деформируемых изделий порошковой металлургии. Рассматривая усталостное поведение, необходимо учитывать его реакции на действующие механизмы ползучести и повреждающее действие среды, поскольку суперсплавы работают при высоких температурах и в агрессивных средах. Естественно, надо рассмотреть все стадии циклического деформирования, зарождения и распространения трещины, чтобы иметь данные для наиболее эффективного проектирования таких сложных механизмов, какими являются газотурбинные двигатели.  [c.336]

Динамические расчеты этих машин, выполненные на стадии проектирования, показали, что амплитуда крутильных колебаний от кинематических возмущений, обусловленных погрешностями изготовления и сборки зубчатых колес привода, соизмерима с угловым смещением полюсов электродвигателей, соответствующим их номинальной загрузке. Поэтому при пусках следует ожидать значительных колебаний электромагнитных моментов и нарушений процессов входа двигателей в синхронизм. Кроме того, такая схема оказывается чувствительной к медленно изменяющимся возмущениям, вызываемым износом муфт, опорных подшипников и зубчатых колес привода. Вместе с тем применение синхрон-  [c.104]

Таким образом, предложенные математические модели дают возможнбсть производить расчеты периодичности плановых ремонтов тяговых двигателей на стадии проектирования.  [c.143]

Последовательность проектирования алектропривода. Проектирование электропривода нормально должно вестись параллельно с проектированием соответствующей рабочей машины, так как в ряде случаев тип электропривода может влиять как на кинематические связи рабочей машины, так и на детали её конструкции. Так, конструкция металлорежущего станка с многодвигательным приводом существенно разнится от конструкции такого же станка с однодвигательным приводом. Поэтому уже в начальной стадии проектирования рабочей машины и её привода необходимо выяснить те конструктивные и производственные преимущества, которые может дать специально приспособленный к данной рабочей машине электропривод. Особо важное значение этот вопрос имеет для рабочих машин с частым пуском в ход или со специфическими требованиями к переходным режимам (пуску, торможению, рабочему процессу, реверсированию, регулированию скорости). Лишь в машинах, которые не предъявляют особых требований к двигателю, кроме его конструктивной защиты от окружающей среды, можно обходиться нормальными открытыми, защищёнными и закрытыми электродвигателями.  [c.3]

Проектирование двигателя Стирлинга следует выполнять в несколько стадий причем каждая последующая стадия основана на более строгом математическом подходе, так что порядок действий подобен показанному на рпс. 3.1. В зависимости от целей и задач конкретного исследования отдельные стадии можно исключить. Если рассматривается осуществимость новой концепции или новой конструкции, необходимые расчеты можно провести с помощью простых приближенных соотношений, чтобы проверить работоспособность системы. В некоторых случаях на этой стадии предварительной проработки может потребоваться более подробная информация, чтобы иметь возможность провести сравнение с уже созданными энергоеиловымн установками, не работающими по циклу Стирлинга. Таким образом, стадия предварительного расчета может быть единственным этапом, а может стать начальной ступенью длительного процесса проектирования. Что бы ни требовалось, весьма вероятно, что будет задана требуемая выходная мощность при определенной скорости вращения вала.  [c.348]

На последних стадиях проектирования, особенно при создании высокотехнологическнх двигателей, необходимо с помощью результатов анализа напряжений методом конечных элементов рассчитать окончательную конструкцию цилиндра и штока. Кроме того, следует, применив полярные диаграммы для подшипников, выбрать подшипники, оценить их пригодность и т. д.  [c.363]

На стадии проектирования следует также рассматривать вопрос герметизации кузова автомобиля. Большие нарастающие аэродинамические давления особенно отражаются на герметичности кузова высокоскоростных автомобилей, в частности, когда конструкция окон может вызвать падение давления внутри кузова. При изготовлении кузовов с помощью точечной сварки возникает проблема в получении для изолирования соединения внахлестку такого герметика, который не выгорал бы при сваривании листов. Одним из вариантов решения этой проблемы является введение уплотняющего валика между точечными швами, как показано на рис. 6.14, а. Этот способ герметизации оказывается особенно ценным для стыковочных соединений внахлестку корытообразных элементов пола кузова. Важным требованием при проектировании всех герметизированных соединений является сведение к абсолютному минимуму подвижности узлового соединения, так как вызываемое этой подвижностью растрескивание уплотнителя относится к наиболее распространенной форме разрушения герметизирующего слоя. При соединении передней стойки с нижним обвязочным брусом требуется особое внимание в связи с необходимостью исключения проникновения воды с надколесной дуги к брусу и далее в корыто пола. Узлы крепления задних надколесных дуг не могут быть достаточно уплотнены вследствие затрудненного к ним доступа. Это приводит к другой, довольно распространенной проблеме, с которой приходится сталкиваться при выполнении стыковочных соединений внутри полостей воздухозаборника отопителя, встроенного в перегородку, расположенную между двигателем и кабиной. Для наружных стыковочных соединений в качестве уплотняющих веществ используется выдавливаемый из туба пластизол или паста, что иллюстрируется рис. 6. И, б.  [c.151]

Выбор системы ориентации и стабилизации в основном определяется задачами, решаемыми в течение полета, и характеристиками КА. В процессе проектирования систем должен быть принят во внимание ряд важных факторов [50] 1) требования к точности ориентации и стабилизации 2) ограничения по массе, габаритным размерам и потребляемой мощности 3) требования по обеспечению надежности системы при выполнении своих функций и возможность дублирования элементов системы 4) простота конструкщш системы и срок активного существования 5) требова-Ш1Я к коррекции скорости полета и стабилизации КА в процессе маневров, которые могут привести к усложнению конструкции системы 6) конфигурация КА и общие технические требования к нему, которые могут оказать влияние на систему в отношении типа датчиков, их поля зрения, расположения двигателей и других элементов системы 7) требования к угловой скорости КА в процессе управления 8) число управляемых степеней свободы 9) требования к приращениям линейной скорости в период вывода КА на орбиту 10) взаимодействие системы ориентации и стабилизации с подсистемами КА, которое должно быть детально изучено в начальной стадии проектирования 11) требования к режимам работы системы 12) динамическая модель КА (упругость конструкцйи, моменты инерции, распределение массы КА, несовпадение строительных осей с главными центральными осями инерции и тд.).  [c.8]

В итоге, на первой стадии проектирования, используя описанные методы, из множества возможных вариантов схем двигателя отбирается одна или несколько таких, которые соответствуют требованиям ТЗ по параметрам работоспособности и надежности. Дальнейшая проработка выбранных вариантов с использованием методов эскизного и технического проектирования, а т акже с учетом результатов ав гономных испытаний узлов и агрегатов двигателя, позволяет выбрать оптимальный вариант двйгателя и приступить к конструкторским испытаниям опытных образцов.  [c.31]

В процессе разработки общего вида машины ориентировочно составляют технологический перечень комплектации изделия и намечают индексацию его частей (стр. 16). Это определит степень подробности выполнения чертежа общего вида, количество позиций, предусматриваемых в перечне составных частей. В последнем даются сборочные единицы и детали, которые в процессе изготовления машины намечаются к сборке, отраженной чертежом на данной стадии проектирования. Как правило, это не отдельные сборочные единицы (узлы), а их совокупности (группы), имеющие общие функциональные назначения и совместно устанавливаемые в машине, например мост крана, грузовая тележка, ковш скрепера в сборе, установка двигателя, кабина, система гидроуправ-ления и т. п.  [c.9]

В заключение нельзя не сказать о резервах повышения эффективности ЖРД. Это, во-первых, более тщательный выбор основных проектных параметров двигателя путем точного согласования их с характеристиками ЛА и с последующей оптимизацией этих параметров. Во-вторых, более точный выбор и расчет вариантов схемы, агрегатов и устройств самого двигателя. Проведение тщательного и точного анализа вариантов схемы, агрегатов и устройств двигателя, использование высокоточных методов расчета рабочих процессов и конструкций позволяют получить оптимальный вариант двигателя для данного ЛА. В-третьих, используя методы математического моделирования, можно на стадии проектирования проанализировать все основные режимы Jpaбoты двигателя, установить и выяснить  [c.354]

Описанная примерная последовательность вычислительных операций основана па фиксированной удельной пустотной тяге, произвольно взятой удельной тяге у поверхности Земли и на неопределенном значении принятой нагрузки на мидель. Последний из этих параметров — определяется по весу ракеты и ее удлинению, поскольку компо ювочная схема так или иначе уже прорисовывается на первой стадии проектирования. Что же касается удельных тяг — пустотной и у поверхности Земли, то их Значения зависят не только от типа топлива, но и от таких характеристик двигателя, как давление в камере (или в камерах)  [c.45]

Задача 3. Управление ресурсом работы оборудования КС МГ. Задача решается путем внедрения рекомендаций по обеспечению конструктивной надежности и безопасности эксплуатации оборудования КС МГ как на стадии проектирования, так и в эксплутационных условиях на основе комплексной диагностики технического состояния. Решение задачи управления ресурсом работы оборудования КС МГ сугубо специфично для существующих видов ГПА (стационарных и конвертированных) и связано с назначением заводом-изготовителем оптимального срока жизненного цикла, в течение которого гарантирована безопасная эксплуатация узлов и агрегата в целом. В эксплуатационных условиях определяющим аргументом в решении данной задачи являются результаты предыдущей. При оптимизации процесса управления сроком службы все ГПА должны дорабатывать назначенный ресурс. В процессе жизненного цикла ГПА диагностическую информацию необходимо использовать не только для выявления неисправностей и оценки работоспособности, но и для прогнозирования дальнейшего поведения. На основе этой информации производится продление ресурса работы ГПА, а сущность управления ресурсом работы ГПА в этом случае заключается в количественном выражении параметров диагностики и прогнозирования. На сегодняшний день практика эксплуатации, например, судовых двигателей ГПУ-16 с приводом от ДЖ59 такова [1] коэффициент готовности по ОАО "Газпром" равен Кг=0,952, а на КС Вятка-1, Моркинская-1, Алмазная-4, Добрянская и др. Кг=1,0. В то же время по статистике 66 % двигателей не дорабатывают назначенный ресурс. Следовательно, в данном случае коэффициент готовности является не показателем надежности, а некоей статистической подоплекой волевых решений ЛПР, реализация которых выходит за рамки инженерной задачи.  [c.154]

Доводка опытного образца ДТРД до серийного производства занимает значительно больше времени, чем у ТРД. Поэтому чрезвычайно важно уже в стадии предварительного проектирования предусмотреть возможные модификации и модернизацию двигателя, с последующим форсированием его по тяге, улучшением экономичности и т. д.  [c.126]

В разработанных к настоящему времени методах комбинированного анализа рассматриваются лишь термодинамические, газодинамические и теплообменные вопросы нестационарного течения рабочего тела при его движении в системе двигателя. Вопросы, связанные с динамикой машины и сопротивлением материалов, не включаются в рассмотрение, и это может иметь в дальнейшем нежелательные последствия. Например, методы комбинированного или раздельного анализа, использованные при проектировании или оптимизации двигателя, могут дать результаты, не совместимые с требованиями, которые следуют из рассмотрения динамики машин или сопротивления материалов. Следовательно, методы комбинированного анализа (или анализа 3-го порядка) должны применяться только на последней стадии предварительной проработки или проектирования, как показано на рис. 3.1, когда все основные требования выполнены. В открытой литературе опубликовано несколько методов комбинированного анализа, которые имеют практически одинаковый аналитический подход и различаются лишь методами решения получаюигейся системы уравнений. В опубликованных работах, на наш взгляд, уделяется чрезмерное внимание выводу основных уравнений, и, хотя само по себе это и полезно, в зависимости от типа публикации зачастую может создаваться впечатление, что эти уравнения получены впервые и применимы исключительно для двигателя Стирлинга. И то и другое почти полностью неверно. Рабочий процесс в двигателе Стирлинга представляет собой нестационарное течение рабочего тела в каналах переменного сечения ири наличии трения и теплообмена. Подобные течения были подробно рассмотрены, например, в  [c.335]

mash-xxl.info

Чайнов Иващенко - Конструирование ДВС

Современные развитые системы автоматизированного проектирова ния (САПР) включают модули САЕ (автоматизированный расчет и ана лиз), САD (автоматизированное конструирование), а также САМ (автоматизированная подготовка производства). Управление проек тированием двигателя в целом осу ществляется при наличии про граммной среды PDM (управление данными продукта). Это обеспечи вает процесс сквозного проектиро вания в условиях единого инфор мационного пространства с участи ем различных предприятий в созда нии и производстве двигателей но вых поколений.

Обоснование необходимости создания нового двигателя может быть увязано с разработкой типа жа. Причем используются методы научного прогнозирования с изуче нием потребности рынка и конъ юнктуры в отношении создаваемо го двигателя. Специализация пред приятий по выпуску отдельных де талей и узлов двигателей (порш ней, поршневых колец, вкладышей подшипников, агрегатов наддува, топливной аппаратуры и др.) об легчает заводам изготовителям вы пуск разнообразных моделей дви гателей в зависимости от требова ний заказчика.

После того как вопрос о целесо образности создания двигателя ре шен, проводятся научные исследо вания в области рабочего процесса, экологии, компоновочных схем, материалов и другие, призванные обеспечить прогрессивные техни ко экономические показатели бу дущего двигателя. Техническое за дание является исходным докумен том для разработки двигателя и технической документации, содер жит все исходные данные, необхо димые для разработки проекта, но

не содержит описания конкретных элементов будущей конструкции.

Техническое задание устанавли вает назначение, технические ха рактеристики, показатели качества

итехнико экономические сведения о новом двигателе, стадии его раз работки, состав конструкторской документации, оценку технического уровня двигателя по сравнению с достигнутым уровнем отечествен ного и зарубежного двигателестрое ния, сроки выполнения проекта, се рийность выпуска, а также опреде ляет завод изготовитель.

Техническое задание составляет ся разработчиком (головным разра ботчиком) изделия на базе обосно ванных технико экономических тре бований заказчика. В составлении технического задания участвуют так же конструкторы. На основании со гласованного технического задания между потребителем и заводом изго товителем составляется договор, в котором указывают этапы выполне ния работ. Далее начинается глав ный этап создания нового двига теля – разработка конструкторского проекта, в процессе работы над ко торым создается конструкторская документация. Конструкторская до кументация включает данные об уст ройстве двигателя и все необходи мые материалы для разработки кон струкции, изготовления, контроля, приемки, испытаний, эксплуатации

иремонта. Конструкторская доку ментация представляется, как пра вило, на электронных носителях.

На основании утвержденного технического задания конструкто ры двигателя готовят техническое предложение, отражающее приня тое в проекте техническое направ ление. Оно содержит обоснование

иоценку, в том числе технико эко номическую, возможных вариантов решения задачи с учетом конструк

studfiles.net

Создание - новый двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Создание - новый двигатель

Cтраница 1

Создание нового двигателя - это длительный и трудоемкий процесс, охватывающий комплекс работ конструкторов, металлургов, литейщиков и технологов машиностроения. Температурные характеристики ГТД, которые показаны на рис. 222, находятся в пределах 1039 - 1150 С, а в момент форсажа - в пределах 1500 - 1600 С.  [1]

Для этого ВВС, финансирующие создание новых двигателей военного назначения, обращаются к нескольким авиадви-гателестроительным фирмам, которые для обоснования концепции двигателя разрабатывают математические модели жизненного цикла двигателя, проводят исследования влияния характеристик двигателя на стоимость его жизненного цикла, устанавливают объем и содержание дальнейших работ. Далее Управление летательных аппаратов ВВС США объявляет конкурс между двумя фирмами на создание конструкции перспективного демонстрационного двигателя и экспериментальное определение его характеристик.  [2]

Наиболее рациональным решением является устройство газосмесительного клапана, которое следует рекомендовать при создании новых двигателей; однако при переводе на газ существующих двигателей необходимость раздельной подачи газа и воздуха заставляет прибегать к изготовлению либо новой крышки, либо газосмесительного клапана.  [3]

Организационно-технические принципы, лежащие в основе так называемого нового подхода, успешно используются при создании новых двигателей, что позволяет оптимально распределять средства между этапами жизненного цикла двигателя, обеспечивая при этом минимальную стоимость цикла.  [4]

Известно, что в исследовательской работе часто возникают трудности в создании математической модели, соответствующей физическому явлению. При создании нового двигателя возникает обратная задача. Вначале у конструктора появляется идея, которая выражается в виде математической модели, затем она воплощается в физическую модель и, наконец, в конструктивную форму, которая должна обеспечить реализацию исходной идеи.  [5]

Необходимо заметить, что доводка и отработка надежности - это довольно длительный и трудоемкий процесс. Опыт показывает, что при создании нового двигателя на испытания затрачивается 11 000 - 16 000 газочасов, наработанных в 180 - 230 испытаниях.  [6]

Действительно, развитие техники и промышленности требовало создания нового двигателя и он пришел.  [7]

Допустим, нам поставили задачу создать новый, более эффективный дизельный двигатель. Тогда мы, исходя из учебников по термодинамике и др., ставим перед собой задачу создания нового двигателя с соответствующим теоретически возможным КПД.  [8]

Из сопоставления приведенных диаграмм видно, что каждому действительному циклу соответствует идеальный или термодинамический цикл, обладающий более высокими показателями превращения тепла в работу. Поэтому в дальнейшем изложении проведено сопоставление показателей, характеризующих превращение тепла в работу именно этих циклов как предельно возможных, к которым следует стремиться при создании новых двигателей.  [10]

Имеется много двигателей с самыми разнообразными системами воздушного охлаждения. Но еще ни в одном двигателе не осуществлены принципы, которые могли бы выявить все преимущества воздушного охлаждения. Тем не менее можно утверждать, что конструктивные решения, найденные по отдельным вопросам ( расположение оребрения и кожухов, направление потока охлаждающего воздуха, размещение вентилятора, привод его), оправдали себя и позволили найти оптимальные показатели, к достижению которых следует стремиться при создании новых двигателей воздушного охлаждения, а также дали основание для планирования производства таких двигателей.  [11]

В авиации более важным фактором оказывается возможная гибкость процесса, чем чистая стоимость топлива. Развитие авиации непосредственно связано с военными нуждами. Современная военная авиация во всем мире применяет турбодвигатели той или иной конструкции. Гражданская авиация зависит от военной в области создания новых двигателей и конструкции самолетов, но новые типы самолетов, приводимые в действие поршневыми двигателями, не будут развиваться. Какое топливо будет применяться, спустя несколько лет, для транспорта с применением газовой турбины, в настоящее время не может быть точно определено.  [12]

Масло в картере, нагнетаемое насосом в систему смазки двигателя, подвергается в различных смазываемых точках разному нагреву, зависящему от температуры смазываемых деталей и количества масла, проходящего в единицу времени через эти детали. Если, например, количество масла, проходящего через шатунный подшипник, слишком мало, то повышение температуры масла в данном месте окажется весьма значительным. Это может повлечь за собой недопустимое повышение температуры подшипника, местное повышение вязкости масла и повреждение подшипника. Поэтому необходимо применять мас га с малой вязкостью ( или с высоким индексом вязкости), так как у таких масел падение вязкости с повышением температуры весьма незначительно. При создании нового двигателя необходимо тщательно проверять условия циркуляции масла во всех точках системы смазки.  [13]

Однако гидравлические двигатели возможно было устанавливать лишь на реке, притом требовалось, чтобы река была достаточно быстрой и полноводной. И если текстильную или металлообрабатывающую фабрику еще можно было построить на берегу, хотя это не всегда было удобно, то залежи руды или угольные пласты уже никак нельзя приблизить к воде. А здесь тоже была необходима энергия - для откачки заливавших шахту подземных вод и для подъема на поверхность добытых минералов. В 1702 году владелец одной английской шахты для приведения в действие насосов, откачивающих воду, вынужден был держать 500 лошадей. Именно нужда в насосах и подъемниках дала первый толчок к созданию новых двигателей, которые могли бы работать независимо от того, есть рядом река или нет.  [14]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

Новые технологии в двигателях внутреннего сгорания

Опубликовано Мир науки и техники в 21 Июль, 2011 - 19:24.

Новые технологии в двигателях внутреннего сгорания

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания переживают не лучший период своей жизни. Постоянный рост цен на нефть, глобальное потепление, в котором винят и их тоже, а также растущие «зеленые» настроения в развитых странах не прибавляют авторитета двигателям внутреннего сгорания. Но, не смотря на все свои минусы, мы с ними не сможем распрощаться еще на протяжении многих десятилетий. Однако мы можем попытаться сократить немалые аппетиты наших любимцев, тратя меньше энергии на выделение тепла и выжимая из каждой капли топлива тот максимум, который позволяет нам физика.

И, правда, двигатель внутреннего сгорания совсем не безнадежен. В новых автомобильных разработках, и научных лабораториях по всему миру бензиновый двигатель испытывает что-то похожее на Ренессанс.

Защитники экологии не должны бояться этого возрождения двигателей внутреннего сгорания. Так как данные новшества не просто решительно уменьшают количество вредного топлива, они служат технологическим мостом, который приведет нас к полностью электрофицированому будущему.

Большинство таких технологий находиться все еще на стадии разработок, ожидая финансирования, или внедрены пока только в опытные образцы, для демонстрации своих возможностей. Не одно из данных решений не является панацеей, но каждое из них показывает, насколько меньше мы могли бы использовать топлива, делая автомобили намного эффективнее.

В прошлом веке бензиновые двигатели стали повсеместны, в этом столетии они станут еще и умными. Рассмотрим некоторые из новых технологий будущего двигателей внутреннего сгорания:

Двигатель Scuderi

Двигатель Scuderi

Группа Scuderi представляет двигатель разделенного цикла – он делит четыре обычных поршневых цилиндра на два различных типа для более разумного использования каждой капли энергии, которую они могут выработать.

Принцип действия технологии заключается в соединение двух цилиндров между собой. В отличии от обычных двигателей, которые во время четвертого такта выбрасывают сжатые газы, двигатель Scuderi впрыскивает сжатый воздух во второй цилиндр, где проходит воспламенение и выхлоп.

Благодаря данной технологии мы можем использовать два цилиндра из четырех бесплатно. Как показывают компьютерные модели, двигатель Scuderi улучшает экономию по сравнению со своими обычными аналогами на 50 процентов.

Разделение двигателя на горячую и холодную части

Разделение двигателя на горячую и холодную части

Как и предыдущий данный двигатель делиться на две рабочие части, но по сравнению с Scuderi дополнительно использует температурами в разных частях, для достижения максимального КПД.

Большая проблема в обычном четырехтактном двигателе – первые два такта (впуск и сжатие) наиболее эффективны при холоде, в то время третий и четвертый такты работают лучше в холодных условиях. Как утверждают инженеры, если придерживаться данных требований, можно добиться до 40 процентов экономии. Просто отделив область высокой температуры радиатором.

Процесс проходит следующим образом: впуск и сжатие происходят в холодном цилиндре, гарантируя максимальную эффективность при этом, а сгорание и выхлоп сжатой в холодной части смеси происходят в горячем цилиндре. Данная технология дает до 20 процентов экономии топлива, но ученые надеются усовершенствовать систему и выжать из нее 50 процентов.

Двигатель Pinnacle

Двигатель Pinnacle

В данном виде двигателей поршни расположены противоположно друг к другу. Но в отличие от оппозитных двигателей, которые сейчас широко распространены, тут на одну головку цилиндра приходиться два поршня, соответственно взрыв горючей смеси происходит между двумя поршнями. При таком расположении поршней получается колоссальная экономия энергии, которая в привычных двигателях внутреннего сгорания тратиться на выделение высокой температуры.

Первые малолитражки с таким типом двигателей должны быть выпущены уже в 2013, а большие двигатели будут готовы к 2016. Инженеры ожидают увеличение эффективности данного двигателя до 50 процентов.

EcoMotors OPOC

EcoMotors OPOC

Данная схема двигателя объединяет в себе конструкции известного многим оппозитного двигателя и описанного выше двигателя Pinnacle. В данной конструкции два поршня расположены в одной головке цилиндра, а два других находятся тоже вместе под углом 180 градусов.

В обоих цилиндрах сгорание происходит в центре, между поршнями, длинные шатуны соединяют наиболее удаленные поршни с коленчатым валом, который расположен посредине. Как и другие оппозитные двигатели, OPOC не нуждается в тяжелых головках цилиндров, снижая вес двигателя. Ход поршней в таком двигателе, меньше чем в обычных бензиновых двигателях.

Инженеры Ecomotors надеяться создать демонстрационный автомобиль с двигателем OPOC, который на 2 литрах топлива будет проезжать до 100км.

Двигатель на взрывных волнах

Двигатель на взрывных волнах

Поршни, клапана и распредвалы приводили в движение бензиновые двигатели на протяжении всего прошедшего столетия, но в будущем они могут оказаться ненужными. Исследователи Мичиганского университета разрабатывают новый вид бензинового двигателя, принцип действия которого базируется на взрывных волнах, которые поддерживают движение.

Концепция базируется на роторе, который содержит несколько радиальных каналов. Поскольку ротор вращается быстро, смесь топлива и воздуха поступает через серию каналов в его центре, заполняя отсек, в котором находиться ротор. Расположение отсеков и каналов в системе такое, что во время сжатия жидкости все выходные порты заблокированы, чтобы горючая смесь не могла вытечь. Смесь приливает в отсеки внезапно, производя ударную волну, которая сжимает оставшуюся горючую смесь дальше в центр. Дальше происходит зажигание и выхлоп, единственная проблема тут – это выбор времени.

Это, довольно радикальное решение, может сэкономить до 60 процентов топлива, а также дает возможность снизить общий вес автомобиля до 400 кг. Еще одним плюсом данного двигателя является то, что в нем мало движущихся частей, которые стираются в течении долгого времени.

Замена обычных свечей зажигания на лазеры

Замена обычных свечей зажигания на лазеры

Лазеры стают все лучше, и теперь их можно использовать в двигателях внутреннего сгорания. В свечах, которые используются сегодня, есть одна проблема, для сжигания большего количества воздуха и меньшего количества топлива нужна сильная искра. Но если увеличить мощность искры, будут быстро изнашиваться электроды. Идеальным выходом из данной ситуации может быть использование лазеров. У лазеров есть большой плюс по сравнению с обычными свечами зажигания, их можно очень точно настроить: установить нужную мощность, угол зажигания, тем самым увеличив мощность и эффективность процесса сгорания.

Японские инженеры уже разработали керамические лазеры диаметром 9 мм специально для двигателей внутреннего сгорания. Такие нововведения будут достаточно эффективны и не требуют серьезных доработок в существующих двигателях.

Mazda Skyactiv-G

Mazda Skyactiv-G

Mazda всегда славилась своими инновационными решениями. У них есть модели серийных автомобилей с роторными двигателями, а теперь они взялись за экономию топлива. Новый двигатель Skyactiv-G первый из серии Skyactiv и автомобили оборудованные данным двигателем будут выпускаться уже в следующем году.

Ожидается, что в конце этого года Мазда выпустит новую версию малолитражного автомобиля Mazda2. Она будет оснащена 1.3-литровым спортивным двигателем Skyactiv-G и вариаторной коробкой передач. У данного двигателя будет самая высокая степень сжатия, что довольно сильно будет повышать топливную экономичность - приблизительно на 15 процентов. В компании утверждают, что новая Mazda2 должна использовать чуть больше 3л бензина на 100 км.

mirnt.ru

Основные этапы проектирования авиационных двигателей

Проектирование авиационных двигателей состоит из ряда последовательных работ, оговоренных стандартами. К началу проектирования предшествует выдача технического задания (ТЗ).

ТЗ выдается разработчиком летательного аппарата и направляется в организацию, где проектируется двигатель. ТЗ формируется на основании задания на создание летательного аппарата, а также на основе совместных проработок по летательному аппарату и вновь проектируемого двигателя.

ТЗ содержит основное назначение, основные технические характеристики, важнейшие технические требования и показатели качества, технико-экономические и специальные требования, связанные со спецификой применения разрабатываемого двигателя. После проработки согласования и утверждения ТЗ является основным определяющим документом для всех стадий проектирования и для создания двигателя. Предварительная конструктивная проработка формирования схемы двигателя состоит из вариантов различных конструктивных схем с выявлением основных преимуществ и недостатков применительно к предстоящим условиям работы двигателя, предварительных расчетов двигателя, его основных узлов и характеристик. В этой работе задействованы многочисленные коллективы высококвалифицированных опытных теоретиков и конструкторов с привлечением соответствующих исследовательских институтов, т.к. требования и уровень сложности двигателя в настоящее время очень высоки.

Одновременно выбор схемы и принципиальной схемы двигателя ограничены самим летательным аппаратом, который предназначен для определенных целей. Например, если требуется спроектировать двигатель для сверхзвукового многоцелевого боевого самолета, то наиболее предпочтительным будет ДТРДФ; если требуется создать двигатель для пассажирского самолета большой дальности, то выбор конструкторов остановится на ДТРД с большой степенью двухконтурности и с большой степенью повышения давления; если двигатель необходимо использовать на крылатой ракете, то в зависимости от требуемых скоростей и продолжительности полета это может быть ТРД или ДТРД, но в любом случае двигатель одноразового применения максимально упрощенной конструкции, дешевый в изготовлении.

Большое внимание при проектировании уделяется достижению высоких удельных параметров и основных технических данных, которые заметно должны превышать современный уровень. Кроме этого, проектируемый двигатель должен полностью удовлетворять всем техническим признакам, которые связаны со спецификой конструкции двигателя, поэтому в целях оптимизации задачи проводится сравнительный анализ компоновок проектируемого двигателя с вариантами конструктивных схем основных узлов. При проектировании не мало важную роль играет имеющийся положительный опыт создания двигателя разработчиком и летательного аппарата за качеством, т.к. различные варианты конструктивных схем двигателя могут оказаться равнозначными по основным данным (например, удельная масса двигателя и т.д.).

Наиболее современным способом проектирования новых двигателей является принцип использования единого базового газогенератора в различных ГТД.

ГТД представляет собой основной узел двигателя, состоящий из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины высокого давления; это наиболее сложный и определяющий узел двухконтурного двигателя. Варьируя в широких пределах конструкции и основными данными вентилятора, компрессора низкого давления и турбины низкого давления можно при одном и том же газогенераторе создать семейство двигателей самого различного значения и в то же время резко сократить расходы на создание двигателей.

Подобная практика является общепризнанной в отечественном и зарубежном двигателестроении. Например, фирма General Electric, которая за 15 лет спроектировала 36 видов различных двигателей с использованием одного газогенератора. Очевидно, что проектирование современных двигателей должно основываться на реальных решениях и целях и в основе их должен использоваться имеющийся научно-технический задел по созданию и обработке определенных деталей и узлов двигателя.

Процесс проектирования двигателя включает следующие стадии:

1) техническое предложение (ТП) - совокупность конструкторских документов, содержащие технические и технико-экономические обоснования целесообразности создания нового двигателя на основании анализа ТЗ, предварительных расчетов и конструкторских проработок;

2) эскизный проект - полная разработка конструкции двигателя со всеми основными узлами и деталями. Более подробные расчеты оптимизации вариантов конструкции изготовления макетов, рассмотрение и утверждение эскизного проекта;

3) технический проект - это совокупность конструкторских документов, представляющих собой окончательные технические решения, являющиеся исходными данными для разработки и выпуска рабочей документации;

разработка рабочей документации - это заключительная стадия проектирования проводится с учетом конкретной технологии изготовления и испытания двигателя и всех его узлов. В состав рабочей документации входят все чертежи, расчеты и методики, технические условия на изготовление и испытание схемы и чертежей общих видов. Для отработки конфигурации двигателя и окончательной укладки коммуникаций, изготавливается полноразмерный макет двигателя, который затем устанавливается на макет летательного аппарата и согласовывается с его размерами.

Каждая стадия проектирования считается завершенной после ее утверждения и проведения необходимых согласований. Фактор времени в двигателестроении имеет большое значение, т.к. новые образцы быстро морально устаревают. На практике существуют разработанные системы графиков параллельно-последовательного проведения работ. Такие работы требуют большого внимания исполнителей, но, с другой стороны, они способствуют большой глубине и качеству проработки проекта на разных стадиях. На стадиях разработки эскизного и технического проекта принимает участие большой коллектив конструкторов, технологов, металлургов и других специалистов. При этом принимают участие отраслевые институты, которые оценивают уровень основных параметров двигателя, возможности достижения их, надежность, расчетность запасов прочности, а также уровень технологичности изготовления и трудоемкости деталей, применение новых материалов, а также степени унификации и стандаргазации.

Создание двигателя после завершения проектирования и до начала его серийного производства также проходит ряд стадий:

1) изготовление опытной партии двигателей и выполнение плано-эксперементально-доводочных работ;

2) проведение испытаний двигателя и получение подтвержденных основных данных;

3) проведение ряда длительных стендовых испытаний по проверке прочности и надежности двигателя;

4) проведение специальных испытаний по отработке и проверке двигателя на соответствие предъявленным техническим требованиям;

5) летные испытания на летающих лабораториях и специальных высотных стендах;

6) проведение государственных испытаний и внедрение в серийное производство.

В целях снижения затрат труда и времени на создание двигателя, сокращение необходимого опытных двигателей, плано-эксперементально-доводочных работ предусматривают совмещение проверочных испытаний на каждом двигателе путем параллельно-последовательного проведения выше перечисленных работ

Работы над совершенствованием двигателя не прекращаются после начала его серийного производства и ведутся в направлении повышения надежности, улучшения технологичности и снижения трудоемкости.

studlib.info