[1]Предлагаемое изобретение относится к стендам для испытаний осевых компрессоров низкого давления двух-(много)контурного газотурбинного двигателя (далее двигателя) и может быть использовано при изучении характеристик компрессоров низкого давления, а также их параметрической доводки в процессе выполнения работ по разработке новых газотурбинных двигателей.
[2]Известен стенд для испытаний компрессора газотурбинного двигателя, содержащий последовательно установленные расходомерный коллектор, испытуемый компрессор, ресивер, воздухоотводящий канал с регулируемым дросселем (см. рис. 12, по ссылке https://lektsia.com/3×2de2.html сети Интернет).
[3]Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
[4]Недостатком выбранного устройства является реализация в установке условий на выходе из компрессора отличных от условий, реализуемых в двигателе. В частности, в реальном двигателе, в отличие от испытательного стенда, за компрессором низкого давления устанавливается промежуточный корпус (ПК), который предназначен для разделения потока за компрессором низкого давления на два потока: потока наружного и потока внутреннего контура (вход в компрессор высокого давления). Известно, что при дозвуковом течении возмущения воздушного потока распространяются как вниз, так и вверх по потоку, следовательно, деление потока на ПК генерирует возмущения, которые распространяются вверх по потоку и влияют на параметры последних ступеней компрессора. Кроме того, в двигателе, распределение расхода воздуха за КНД по контурам происходит по определенному закону:
[5]GНК = G∑(αВНА, nКНД) - GКВД(αВНА, nКВД), где
[6]GHК - расход потока через наружный контур;
[7]G∑(αВНА, nКНД)_ расход воздуха через компрессор низкого давления, который зависит от угла установки входного направляющего аппарата (ВНА) и частоты вращения nКНД;
[8]GКВД(αВНА, nКВД)_ расход воздуха через компрессор высокого давления (КВД), который зависит от угла установки ВНА КВД и частоты вращения КВД.
[9]Двигатель имеет сопловой аппарат турбины высокого давления, который в работе является «запертым» (q(λ)=1), что определяет линию рабочих режимов (JIPP) КВД. Как известно, ЛРР КВД в двухконтурном двигателе при неизменном отборе воздуха от КВД не имеет расслоений, следовательно, увеличение расхода воздуха через КВД возможно путем увеличения подачи топлива в камеру сгорания и как следствие этого повышения частоты вращения КВД. Увеличение расхода воздуха через КНД возможно как за счет увеличения подачи топлива в камеру сгорания так и за счет раскрытия сопла (увеличения степени расширения на турбине). Таким образом, при изменении режима работы двигателя, расход воздуха через КНД может изменяться непропорционально относительно к расходу воздуха через КВД, что приводит к изменению отношения расхода воздуха через наружный и внутренний контура.
[10]В экспериментальной установке прототипа отсутствует имитация промежуточного корпуса двигателя, а также устройство для обеспечения заданного расхода воздуха через внутренний контур промежуточного корпуса двигателя, что не обеспечивает моделирование потока воздуха за компрессором низкого давления подобно реальному двигателю. В результате деление воздуха на потоки наружного и внутренних контуров происходит произвольно, что не позволяет адекватно оценивать характеристики КНД в условиях испытаний на стенде. Из опыта испытаний известно, что характеристики компрессоров в составе двигателя отличаются от характеристик компрессоров, полученных на стенде, что может является следствием отсутствия моделирования деления потока подобно делению на двигателе.
[11]Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения является возможность имитации условий различных режимов работы испытуемого компрессора в составе двухконтурного газотурбинного двигателя.
[12]Указанный технический эффект достигается тем, что стенд для испытаний компрессора газотурбинного двигателя, содержащий последовательно установленные расходомерный коллектор, испытуемый компрессор, ресивер, воздухоотводящий канал с регулируемым дросселем, согласно настоящему изобретению содержит установленный непосредственно перед ресивером, соосно с испытуемым компрессором, кольцевой разделитель газового потока, с образованием наружного и внутреннего воздухопроводящих каналов, а также дополнительный регулируемый дроссель, установленный во внутреннем воздухопроводящем канале.
[13]Наличие кольцевого разделителя газового потока, установленного непосредственно перед ресивером, соосно с испытуемым компрессором, позволяет имитировать промежуточный корпус двухконтурного газотурбинного двигателя, а наличие дополнительного регулируемого дросселя, установленного во внутреннем воздухопроводящем канале обеспечивает заданный расход воздуха, проходящего через образованный кольцевым разделителем внутреннего воздухопроводящего канала (имитирующего внутренний контур промежуточного корпуса двигателя). В связи с этим появляется возможность имитации условий различных режимов работы испытуемого компрессора в составе двухконтурного газотурбинного двигателя.
[14]На фигуре представлена схема заявленного стенда для испытаний компрессора газотурбинного двигателя.
[15]Стенд для испытаний компрессора газотурбинного двигателя, содержит последовательно установленные расходомерный коллектор 1, испытуемый компрессор 2, ресивер 3, воздухоотводящий канал 4 с регулируемым дросселем 5. Стенд дополнительно содержит установленный непосредственно перед ресивером 3, соосно с испытуемым компрессором 2, кольцевой разделитель газового потока 6, предназначенный для деления потока на наружный и внутренний воздухопроводящие каналы (имитирующие наружный и внутренний контура промежуточного корпуса реального двигателя), а также дополнительный регулируемый дроссель 7 во внутреннем воздухопроводящем канале.
[16]Привод 8 и мультипликатор 9 обеспечивают заданную частоту вращения ротора испытуемого компрессора 2.
[17]Воздух поступает на вход в объект испытаний- испытуемый компрессор 2 через расходомерный коллектор 1. На выходе из испытуемого компрессора 2 воздух поступает в кольцевой разделитель газового потока 6, который геометрически полностью подобен промежуточному корпусу газотурбинного двигателя. Во внутреннем контуре установлен регулируемый дроссель 7. Регулируемый дроссель 7 предназначен для обеспечения расхода воздуха через внутренний контур согласно закону GКВД = ƒ(αВНА, nКНД), где частота вращения компрессора низкого давления nКНД определяется по зависимости nКНД = ƒ(nКВД), которая определяется из расчетов двигателя с выбранной программой управления. В наружный контур поступает воздух, который не проходит через регулируемый дроссель 7. За кольцевым разделителем газового потока 6 установлен ресивер 3, в котором потоки воздуха наружного и внутреннего контуров смешиваются и направляются в воздухоотводящий канал 4, в котором установлен регулируемый дроссель 5, с помощью которого происходит изменение давления на выходе из испытуемого компрессора 2 и обеспечивается положение рабочей точки на напорной ветке испытуемого компрессора 2. Привод 8 испытуемого компрессора 2 осуществляется электродвигателем (или другим доступным приводом) через мультипликатор 9. В данной установке, в отличие от прототипа, регулируемый дроссель 7 имитирует работу компрессора высокого давления, а регулируемый дроссель 5 имитирует сопло двигателя. Таким образом, при изолированных испытаниях КНД, течение воздуха за ним, достигается максимально подобным течению воздуха за КНД в составе двигателя, что увеличивает точность определения экспериментальных характеристик, а также позволяет исследовать поля неравномерности параметров за КНД и характеристики промежуточного корпуса в условиях максимально приближенных к условиям работы этих узлов в составе двигателя.
