А) Совместная работа элементов турбокомпрессора высокого давления.

Условия совместной работы КНД и ТЕД сводятся к балансу расходов воздуха и газа и балансу мощностей .

Условие баланса расходов воздуха и газа удобнее (для анализа) записать для сечения на входе в КНД и сечения соплового аппарата первой ступени ТВД. Тогда оно приведет к равенству, аналогичному тому, которое мы получили для одновального газогенератора:

,

но только в нем надо учесть, что , и тогда будем иметь:

. (31.2)

Аналогично уравнение баланса работ турбины и компрессора в одновальном ГГ

= В

применительно к КНД и ТНД двухвального ГГ может быть записано так:

=В₁

или, поскольку при пропорционально ,

=В . (31.3)

Тогда, рассматривая (как и для одновального ГГ) уравнения (32.2) и (32.3) совместно, получим уравнение рабочей линии на характеристике КНД:

. (31.4)

• Протекание рабочих линий на характеристиках КНД и КВД.

При низких значениях и , свойственных двухвальным ТРД, характерным является расположение рабочих линий на характеристиках каскадов, показанное на рис. 31.3. Рабочая линия на характеристике КВД (рис. 31.3, а), как вы уже знаете, в этом случае (при низком значении ) при снижении n_ВД.пр удаляется от границы устойчивых режимов и приближается к границе запирания компрессора по выходу.

Рис. 31.3.

Уравнение (31.4), описывающее протекание рабочей линии на характеристике КНД, помимо параметров КНД, содержит еще величину , являющуюся параметром КВД. Поэтому в отличие от рабочей линии на характеристике КВД, которая зависит только от выбора расчетной точки на этой характеристике, рабочая линия на характеристике КНД зависит также от того, с каким КВД данный КНД совместно работает.

При перемещении из расчетной точки характеристики КНД по рабочей линии вниз (в сторону уменьшения ) величина возрастает (так как одновременно снижается ). Поэтому при каждом значении n_НД.пр , меньшим расчетного отношение увеличивается (п сравнению с тем, которое имело бы место, если бы данный КНД использовался в качестве КВД). Это приводит к более пологому расположению рабочей линии на характеристике КНД по сравнению с ее расположением на характеристике КВД при примерно том же значении , как показано на рис. 31.3, б.

Физически это объясняется тем, что значение на выходе из КВД, равное

, возрастает при снижении n_ВД.пр из-за увеличения , тогда как на выходе из КНД, равное , снижаетсявследствие уменьшения при снижении n_ВД.пр .

Отметим при этом, что в двухвальном ГГ при уменьшении возрастает скольжение роторов , что, как уже указывалось в прошлом семестре, является фактором саморегулирования двухкаскадного компрессора, повышающего его запас устойчивой работы при снижении . В результате, хотя рабочая линия на характеристике КНД сильно смещается в сторону границы устойчивости (по сравнению с рабочей линией на характеристике КВД), запас устойчивости при пониженных значениях у двухкаскадного компрессора в целом оказывается выше, чем у однокаскадного с таким же значением .

• Влияние на положение рабочей линии на характеристике КНД изменения

Рис. 31.4. Рабочие режимы КВД: 1 – исходный; 2 – при раскрытии сопла

Рис. 31.5. Рабочие режимы КНД: 1 – исходный; 2 – при раскрытии сопла

Если двухвальный газогенератор установлен в системе ТРДФ, то значение может измениться в результате изменения F_кр. Так, например, если (при неизменном значении ) сопло раскрылось (а форсаж не включился), то возрастет. В результате этого, для получения в ТНД работы, необходимой для вращении КНД с данной частотой вращения, потребуется меньшее значение температуры газа перед турбиной, т.е. упадет. Но снижение приведет (поскольку ) к снижению работы (и мощности) ТВД, в результате чего частота вращения КВД упадет и режим работы КВД сместится вдоль его рабочей линии влево и вниз,

Рис. 31.6.

как показано на рис. 31.4. При этом упадет. Но, следовательно, понизится (при неизменном значении ) и значение (так как оно равно ). В результате рабочая точка на характеристике КНД сместится в сторону границы устойчивости, как показано на рис. 31.5.

Таким образом, если у одновального ГГ ТРДФ раскрытие сопла (увеличение F_кр.) приводит к смещению рабочей кривой на характеристике компрессора в сторону от границы устойчивости, т.е. к увеличению , то в ТРДФ с двухвальным ГГ раскрытие сопла приводит к смещению рабочей кривой на характеристике КНД в сторону ГУ, т.е. к снижению , как показано на рис. 31.6.