устройство стенда и минимальное влияние аэродинамики стенда на основные параметры испытуемого ГТД;

- управление технологическим процессом испытания и измерение предусмотренных параметров и сигналов испытываемого ГТД как в автоматическом, так и в режиме с погрешностями, не превышающими допустимых значений;

- надежную работу и функционирования всех систем и оборудования испытательного стенда в соответствии с их назначением;

- свободный подход к испытываемому ГТЛ и оборудованию испытательного стенда для проведения необходимых технологических операций, технического обслуживания и замены агрегатов;

- возможность подогрева воздуха на входе в ГТД в соответствии с программой испытаний;

- возможность подогрева топлива и масла на входе в ГТД в соответствии с программой испытаний;

- выполнение требований ТБ, санитарных норм и защиты окружающей среды в процессе подготовки, проведения испытаний и технического обслуживания ГТД.

Испытательные стенды, выполненные по схеме с открытой площадкой для установки испытываемого ГТД, должны удовлетворять следующим требованиям, обусловленной спецификой их компоновки:

- испытательный стенд должен быть оборудован газоотводящим устройством, обеспечивающим безопасный отвод газовой струи от работающего на площадке ГТД для исключения прямого воздействия на окружающие постройки, растительность и почвенный покров, а также попадание газов на вход работающего ГТД;

- должно быть обеспечено экранирование работающего на площадке ГТД для исключения разлета обломков конструкции в случае его разрушения при испытаниях;

- размещение испытательной площадки на территории испытательной станции должно обеспечить уровень шума от работающего ГТД, не превышающий допустимых значений;

- испытательная площадка с установленным ГТД должна быть оборудована навесом и легко съемными устройствами для защиты обслуживающего персонала от ветра и атмосферных осадков при техническом обслуживании испытываемого ГТД;

- испытательная площадка должна иметь круговое ограждение для исключения случайного попадания в зону работающего ГТД людей, животных, средств транспорта и т. д.

Стенды для испытаний вертолетных, вспомогательных и других типов ГТД должны быть оборудованы загрузочными устройствами в соответствия с назначением и использованием конкретного типа ГТД на ЛА, для которого предназначен двигатель.

Аэродинамические характеристики испытательного стенда должны соответствовать следующим основным требованиям:

- затенение проточной части испытательного бокса не должно быть более 10% от его поперечного сечения. Не допускается хранение в испытательном боксе вспомогательного оборудования и агрегатов, затеняющих его проточную часть;

- потеря любого давления в боксе не должна превышать 1,330кПа (10мм.рт.ст.), а для вновь строящихся и реконструируемых испытательных стендов с закрытыми боксами при первичной аттестации - более 1,064кПа (8мм.рт.ст.)

- средняя скорость массы воздушного потока в проточной части испытательного бокса перед ГТД не должна превышать 15м/с;

- средняя скорость массы воздушного потока в живом сечении системы шумоглушения в зоне всасывания с закрытым боксом не должна превышать 25м/с;

- расстояние от среза сопла ГТД до цилиндрической части эжекторной части трубы должно быть не менее 1,50 диаметра среза сопла; для ранее построенных стендов, находящихся в эксплуатации, - не менее 1,25 диаметра среза сопла ГТД (на стендах для испытания вертолетных и вспомогательных ГТД - не регламентируется);

- неравномерность распределения давления перед входным устройством ГТД не должна превышать 10% от потери полного давления в боксе в сечении не ближе трех калибров ГТД и не более 2% от замеряемых перепадов давления в мерном сечении входного устройства.

4. Боксы

По требованиям техники безопасности все испытательные установки, при работе которых возникает опасность для обслуживающего персонала или высокого уровня, должны размещаться в отдельных изолированных помещениях, называемых боксами. Этому требованию должны практически удовлетворять все установки по испытанию двигателя и его агрегатов: компрессоров, турбин, камер сгорания, турбостартеров и других агрегатов.

4.1 Требования к боксам

- размеры бокса должны быть достаточными для размещения двигателя, испытательного оборудования, обеспечения удобного подхода к ним и хорошего обзора с места управления двигателем;

- оборудование и приспособления должны обеспечивать высокую производительность труда;

- прочность стен должна быть достаточной, чтобы препятствовать разлету осколков в случае разрыва вращающихся частей и выдерживать статические нагрузки от разности давлений воздуха внутри и снаружи помещения;

- должно быть предусмотрено шумоглушение, ограничивающее распространение шума за пределами бокса;

- обеспечены противопожарные нормы, требования промсанитарии и техники безопасности.

4.2 Типы боксов

Испытательный бокс состоит из входной шахты с оборудованием для шумоглушения, центральной части, включающей в себя испытательную кабину, стенд и шахты выхлопа в которую входит эжектор, щиты шумоглушения и жалюзи, предохраняющие от попадания атмосферных осадков внутрь канала.

Боксы отличаются друг от друга различным расположением входной и выходной частей.

Нашли применение боксы 4-х типов:

1. С горизонтальной входной и выходной частями;

2. С вертикальной входной частью и горизонтальной выходной;

3. С горизонтальным входом и вертикальной выходной частью;

4. С вертикальными входной и выходной частями.

Каждый из выше перечисленных вариантов имеет достоинства и недостатки, основными из которых являются:

1. С горизонтальной входной и выходной частями или прямоточный бокс.

Достоинства:

- обеспечение равномерного потока воздуха на входе;

- более простая и дешевая конструкция;

- простой доступ для проведения регламентных работ.

Недостатки:

- необходимость организации защитной зоны перед шахтой всасывания;

- поддержание защитной зоны перед шахтой всасывания;

- поддержание защитной зоны в соответствующем порядке для недопущения нападения посторонних предметов в ГВТ ГТД;

- нерациональное использование производственных площадей, шумоглушение менее эффективно;

- мощная струя выхлопа предполагает наличие защитной зоны и отбойника;

- токсичные продукты выхлопа плохо рассеиваются и создают угрозу здоровью людей;

- требуется наличие значительной санитарной зоны за выхлопом, что не позволяет размещать другие производственные объекты и приводит к нерациональному использованию производственных площадей.

2. С горизонтальной входной и вертикальной выходной частями или Г-образный стенд.

Достоинства:

- экономия производственных площадей;

- струя выхлопа направлена вверх;

- токсичные продукты сгорания топлива рассеиваются более интенсивно на высоте, что снижает уровень ПДК;

- основной шумовой фон направлен вверх и представляет меньшую угрозу здоровью персонала;

- допустима санитарная зона с общепромышленными параметрами.

Недостатки:

- конструктивно более сложный и дорогостоящий;

- затруднено регламентное обслуживание бокса.

3. С вертикальной входной и горизонтальной выходной частями или Г-образный стенд.

Достоинства:

- воздушный поток менее загрязнен, т.к. забор его осуществляется на высоте от земли;

- меньшая вероятность попадания посторонних предметов в ГВТ ГГ;

- экономия производственных площадей;

- основной шумовой фонд отражен вверх и не создает угрозы здоровью людей.

Недостатки:

- конструктивно более сложный и дорогостоящий;

- необходимо оборудование для разворота воздушного потока или специальное строительное решение этого вопроса;

- затруднено регламентное обслуживание.

4. С вертикальной входной и выходной частями или П-образный стенд.

Достоинства:

- воздушный поток менее загрязнен, т.к. забор его осуществляется на высоте от земли;

- меньшая вероятность попадания посторонних предметов в ГВТ ГГ;

- экономия производственных площадей;

- основной шумовой фон отражен вверх и не создает угрозы здоровью людей;

- токсичные продукты сгорания топлива рассеиваются на высоте, что снижает уровень ПРД;

- допустима санитарная зона с общепромышленными параметрами.

Недостатки:

- конструктивно более сложный и дорогостоящий;

- затруднено регламентное обслуживание бокса.

а) С горизонтальной входной и выходной частями (прямоточный стенд).

б) С горизонтальной входной и вертикальной выходной частями

(Г-образный стенд).

1. Шторные ворота.

2. Щиты шумоглушения на входе.

3. Бокс.

4. Испытуемый двигатель.

5. Вертикальная шахта выхлопа.

6. Щиты шумоглушения с адсорбирующими веществами.

) С вертикальной входной и горизонтальной выходной частями

(Г-образный стенд).

1. Щиты шумоглушения на входе.

2. Жалюзи.

3. Направляющие лопатки.

4. Бокс.

5. Испытуемый двигатель.

6. Щиты шумоглушения на выходе.

7. Отбойная сетка

г) С вертикальной входной и выходной частями (П-образный стенд).

1. Щиты шумоглушения на входе.

2. Жалюзи.

3. Направляющие лопатки

4. Бокс.

5. Испытуемый двигатель.

6. Вертикальная шахта выхлопа.

7. Щиты шумоглушения с адсорбирующими веществами.

Для выхлопной части бокса следует считать лучшим горизонтальное расположение, так как оно позволят осуществить шумоглушение с меньшими строительными затратами, а отсутствие поворотов на пути движения газа снижает противодавление выхлопа. Однако бокс при этом требует большой строительной площади, а отработанные газы хуже рассеиваются. Поэтому, несмотря на удорожание строительства, выхлопную часть нередко делают вертикальной.

Для всасывающей шахты лучше вертикальное расположение, обеспечивающее подачу более чистого воздуха (без песка и пыли) особенно при ветре. Г-образные боксы облегчают строительную компоновку нескольких боксов с помещениями вспомогательных служб.

Шумоглушение во всасывающей и выхлопной частях бокса осуществляются с помощью пористых материалов. Во всасывающей части применяются мягкие (часто органические) материалы частицы которых в случае попадания в двигатель не повреждают его проточную часть. На выхлопе, где газы имеют высокую температуру, используют пористую керамическую крошку, стекловолокно и минеральную шерсть.

Проходные площади частей бокса определяются исходя из допустимых потерь давления на входе (до 100-150 мм. вод. ст.) и выходе (до 200-300 мм.вод.ст.) и скорости обдува двигателя (до 10 м/с). Большие скорости воздуха в центральной части бокса могут вызвать ощутимую неравномерность распределения статических давлений по внешнему контуру двигателя, что приведет к появлению дополнительных аэродинамических сил и, как следствие, к ошибкам измерения силы тяги.

Если размеры бокса оказываются малы и не позволяют создать требуемые скорости обдува двигателя, то определяются поправки на измерение силы тяги. У одного и того же экземпляра двигателя снимается дроссельная характеристика в боксах малого и нормального размеров, где заведомо пренебречь влиянием обдува на силу тяги двигателя, полученные в разных боксах, при одинаковых приведенных частотах вращения.

Расход воздуха через помещение складывается из расхода через двигатель и расхода, эжектируемого реактивной струей. Для обеспечения оптимального расхода эжектируемого воздуха, достаточного для снижения температуры выхлопных газов и не вызывающего в измерении силы тяги, выхлопную струю заключают в эжекторную трубу, размеры которой определяются из теории турбулентных струй так, чтобы на высокотемпературных режимах работы двигателя температура газов в районе глушителей не превосходила максимально допустимую по жаропрочности конструкционных шумоглушащих материалов 300-350 град\цельс.

Испытуемый двигатель монтируется на силоизмерительном устройстве, установленном на железобетонном фундаменте, чтобы колебания, вызванные работой двигателя, не передавались стенам бокса, фундамент станка устанавливают на вибропоглощающую подушку, от строительных конструкций, а его глубина залегания выбирается большей, чем стен.

Расположение двигателя в боксе над уровнем пола обычно делают приподнятым (приблизительно на 2м). Это устраняет попадание в двигатель пыли с пола и облегчает обслуживание испытательного оборудования.

5/ Выбор и обоснование типа и конструкции испытательного бокса

Данная испытательная станция размещается в центре города, поблизости находятся жилые комплексы, природные условия нормальные, по этому выбираем П-образную конструкцию испытательного стенда.

6/ Аэродинамический расчет бокса

Расчет бокса ведется для определения скоростей газового потока в сечениях бокса.

Полученные результаты сравнивают со скоростями, необходимыми для обеспечения ламинарности потока. И на основании этих сравнений делается заключение о возможности использования этого бокса для данного типа двигателя. Разрезы бокса показаны на рисунке 2.

1-на входе, 2-перед двигателем, 3-возле двигателя, 4-за двигателем, 5-на выходе

-в шахте входа - F1=7.4 x 7.25=53.65мІ;

-перед двигателем - F2=7.7 x 7.15=55.06мІ;

-возле двигателя - F3=F2=55.06мІ;

-в шахте вихлопа - F4=3.14 x 2.295І/4=4.13мІ;

F5=5.8 x 5.8=33.64мІ.

Начальные данные для аэродинамичного расчета:

максимальный расход воздуха двигателя Gдв=9 кг/сек;

плотность воздуха п=1.1 кг/мі;

плотность выхлопных газов г=1.4 кг/мі.

6.1 Нахождение площади разреза бокса

Нахождение площади разреза в шахте входа:

; мІ

Нахождение площади разреза перед двигателем:

; мІ

Нахождение площади разреза возле двигателя:

; мІ

Нахождение площади разреза в шахте вихлопа:

Скорость потока в шахте вихлопа обозначается в наименьшем разрезе шахты:

мІ

мІ

Так как площадь S4 меньше, чем площадь S5, то скорость потока необходимо определять в площади S4.

6.2 Нахождение расхода воздуха и газа в площадях разреза бокса

Нахождение расхода воздуха в шахте входа:



где Gеж - часть воздуха, которая засасуется эжектором в шахту вихлопа;

G_дв. - расход воздуха двигателем

кг/сек.

кг/сек

Нахождение расхода воздуха перед двигателем:

кг/сек

Нахождение расхода воздуха возле двигателя:

кг/сек

Нахождение расхода воздуха в шахте вихлопа:

кг/сек

6.3 Нахождение скоростей потока воздуха и газов в площадях разреза бокса

Нахождение скоростей потока воздуха в шахте входа:



м/сек

Нахождение скоростей потока воздуха перед двигателем:

м/сек

Нахождение скоростей потока воздуха возле двигателя:

м/сек

Нахождение скоростей потока воздуха в шахте вихлопа:

м/сек.

Таким образом, во всех сечениях бокса скорость движения воздуха не превышает допустимую, что полностью удовлетворяет требованиям и позволяет проводить испытания двигателя в данном боксе.

7. Тепловой расчет двигателя

Начальные данные:

N_e=2800 л.с.=2058 кВт - мощность, кВт (л. с.);

Т*₃=1250 К - температура газа перед турбиной, єС (єК);

p*_к=12 - степень повышения давления;

V=0 - скорость полета, м/с;

H=0 - высота полета, м;

p₀=1.033 кг/см²=0.1 МПа

Т₀=288 К

о_{0 вх.}=0.05

е=0.98

н=0.97

?₃=0,98

Н_в=10500 ккал/кг - теплотворность топлива, Дж/кг (ккал/кг);

С_а=150 м/с - скорость воздуха на выходе, м/с

Входное устройство

Температура воздуха Т₁ и его давление Р₁ на входе в компрессор

кг/см²=0.089 МПа (2.1)

К (2.2)

Удельный вес воздуха

кг/м³ (2.3)

где R - газовая постоянная кг·м/кг·град.

Компрессор

Полное адиабатическое давление компрессора:

кгм/кг (2.4)

Для осевого компрессора при заданных з_АД^*=0,85 и з_М^*=0,99 определяем работу:

кгм/кг (2.5)

Принимаем скорость на выходе из последней ступени компрессора С₂=150 м/с и определяем температуру и давление воздуха на выходе из компрессора:

К (2.6)

Статическая температура на выходе из компрессора:

К (2.7)

Полное и статическое давление на выходе:

кг/см²=1,2396 МПа (2.8)

кг/см²=1.165 МПа (2.9)

где к =1,4 показатель адиабаты

кг/см⁴ (2.10)

Камера сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

L₀=14.8 кг /кг топлива.

Вычисляется средняя удельная теплоёмкость «чистых» продуктов сгорания и воздуха для температурного интервала 288 К -1250К

ккал кг/град (2.11)

ккал кг/град (2.12)

Для температурного перепада Т*₂= К Т*₃=1250 К

ккал кг/град (2.13)

Необходимый коэффициент избытка воздуха

(2.14)

Газовая постоянная продуктов горения

кг м/кг град (2.15)

Полное давление

кг/см²=1.178 МПа (2.16)

где - коэффициент гидравлического расхода в камере сгорания

Среднее значение показателя адиабаты продуктов сгорания принимаем k'=1.32

Ориентировочно оцениваем температуру конца расширения в двигателе:

К (2.17)

Средние удельные теплоёмкости для «чистых» продуктов сгорания и воздуха в интервале Т_В=692.93 К Т*₃=1250 К

ккал кг/град (2.18)

ккал кг/град (2.19)

Средняя удельная теплоемкость действительных продуктов сгорания:

(2.20)

Действительное значение показателя адиабаты продуктов сгорания:

 (2.21)

Это значение близко к принятому, поэтому дальнейший перерасчет не нужен.

Турбина.

Адиабатический перепад в турбине. Чтобы предать на винт максимальную мощность, газ в турбине должен расширится практически до атмосферного

ккал/кг (2.22)

p₄=p₀=1.033 кг/см² (2.23)

Степень расширения газа в турбине:

(2.24)

Температура газа на выходе из турбины:

К (2.25)

Статическая температура:

К (2.26)

Работа на валу турбины:

 кгм/кг (2.27)

Вычисление основных данных двигателя

Приняв к.п.д. редуктора з_ред=0.96 находим удельную эффективную мощность двигателя:

л.с./кг_в-ха (2.28)

Расход воздуха:

кг/с (2.29)

Расход газа через турбину:

кг/с (2.30)

Удельный эффективный расход топлива:

кг/л.с. час (2.31)

Часовой расход топлива:

кг/час (2.32)

Вычисляем реактивную тягу P_R которая производится только за счет скорости газа за турбиной:

 кг=5480 Н (2.33)

Принимается в=1.1 и находится эквивалентная мощность двигателя:

л.с. (2.34)

Эквивалентный удельный расход топлива:

кг/э.л.с.час (2.35)

Удельный расход топлива:

кг/кг_тяги_час (2.36)

8. Выбор систем шумоглушения. Расчет эффективности шумоглушения

Современные испытательные боксы имеют сложные шумоглушащие устройства. Эти устройства должны удовлетворять ряду требований, главными из которых являются: снижение шума испытуемого двигателя до необходимых в каждом конкретном случае уровней и обеспечение неизменности параметров испытуемых двигателей. Последнее требование особенно важно для двигателей с большими расходами воздуха, так как оно является часто определяющим при решении вопроса о пригодности того или другого типа глушителя.

Все эти задачи по-разному решаются для различных типов двигателей.

Система состоит из глушителей шахты всасывания и подсоса, двухступенчатого эжектора и вертикального глушителя выхлопа, называемого секционным вертикальным. Глушитель состоит из горизонтальной и вертикальной частей. Горизонтальная часть представляет собой эжектор (эжекторная труба) или их систему.

К верхней части цоколя крепят выравнивающую решетку, обеспечивающую необходимое гидравлическое сопротивление. Изменяя величину гидравлического сопротивления, подбирают необходимый коэффициент эжекции, т. е. количество подсасываемого воздуха.

На цоколе устанавливают цанги (секции), образующие вертикальную шахту. Число их определяется необходимым числом рядов звукопоглотителей. В верхней части и в середине шахты имеются две рамы с обрешеткой.

Размещение крюков соответствует плотности подвески звукопоглотителей. На крюки в виде гирлянд подвешивают звукопоглотители. В каждом ярусе их бывает 3--4. Вертикальную часть глушителя устанавливают на фундамент и крепят к анкерным болтам. Глушители такого вида имеют диаметр 1,5--7 м. Звукопоглотитель для такого типа глушителей показан на рис. 69. Он представляет собой цилиндр из сетки, соединенной внахлестку точечной сваркой. Сетка имеет размер ячейки 1,4X1,4 мм, ее изготовляют из нержавеющей стальной проволоки диаметром 0,65 мм. Внутри цилиндра проходит стержень, оканчивающийся крюками. К стержню приварены крышки, которые соединяются с сеткой, внутренний объем заполняют мелкофракционным керамзитом. Диаметр звукопоглотителя обычно принимают 200мм, длину--1000 мм. Такие размеры являются оптимальными как по технологическим требованиям, связанным с размерами заготовок, так и по акустической эффективности. Конструкция звукопоглотителей надежно работает в условиях до +400°С газа, воздействия воды, пара, вибраций, и потока газа.

Существуют и другие схемы боксов и глушителей. Некоторые боксы для испытания газотурбинных двигателей с винтом (турбовинтовых) имеют Г-образную форму или представляют собой горизонтальный канал. В шахте на стороне выхлопа подвешивают щитовые или цилиндрические звукопоглотители. Различие между звукопоглотителями стороны всасывания и выхлопа боксов турбовинтовых двигателей заключается в материале, которым заполнена конструкция. На стороне всасывания используют материалы, не запыляющие бокс, в то время как на стороне выхлопа могут, применены более грубые и дешевые материалы. Боксы, в которых испытывают турбовинтовые двигатели, имеют большие габариты, так как воздушный винт двигателя, например, самолета ИЛ-18, прокачивает через бокс около 1000 м³ воздуха за 1 с. Габариты бокса и тип глушителей выбирают на основании гидравлического и акустического расчетов. Аналогично подбирают глушители для других газодинамических установок, работающих с открытой газовой струей.

8.1 Расчет требуемой эффективности устройств шумоглушения и выбор глушителей

От шума испытательных станций, лабораторных и экспериментальных стендов, где проводятся испытания реактивных двигателей, защищают жилые районы или отдельные здания, находящиеся за пределами территории

предприятий, а также здания и объекты с нормируемым уровнем шума, расположенные па заводских территориях (производственные корпуса, конструкторские бюро, вычислительные центры, административные здания и т.п.).

Устройства шумоглушения должны снижать шум до допустимых уровней при наиболее неблагоприятном сочетании источника шума и защищаемого района или объекта, которыми могут оказаться не только жилые дома, но и производственные корпуса, в которых размещены рабочие места с нормируемым уровнем шума.

Допустимый уровень звуковой мощности источника шума определяют по формуле:

где -- затухание шума в атмосфере, дБ/км; определяется по табл. 2

Таблица 8.1 - Значение затухания шума в атмосфере

Среднегеометрические частоты, Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Затухание шума , дБ\км……..	0	0,7	1,5	3	6	12	24	48

Расчет требуемой эффективности устройств шумоглушения начинают с установления звуковой мощности источника шума. В соответствии с техническим заданием определяют условия работы установок; число одновременно работающих боксов, максимальную продолжительность испытания в течение смены, месторасположение защищаемого от шума объекта (радиус защитной зоны). Имея эти данные, определяют поправки к допустимым уровням звукового давления . Требуемое заглушение определяют по формуле:

где -- исходный уровень звуковой мощности бокса с учетом числа излучающих шум источника.

Подставляя в эту формулу значение находят:

При заглушении шума испытательных боксов, имеющих два или три источника внешнего шума (глушитель выхлопа, шахта всасывания и шахта подсоса), целесообразно заглушить шахту всасывания и подсоса так, чтобы излучаемая ими звуковая мощность на всех частотах была на 8--10 дБ меньше излучаемой глушителем выхлопа. Это условие объясняется тем, что заглушение шахт подсоса и всасывания достигается более простыми средствами. В таком случае в расчет шума излучаемого боксом в атмосферу, принимают только один источник -- глушитель выхлопа.

Для определения уровня звуковой мощности в дБ, идущей в шахты всасывания и подсоса, экспериментально установлена зависимость:

где - звуковая мощность, излучаемая в бокс;

-- звуковая мощность источника шума, дБ.

Звуковую мощность, излучаемую в шахту всасывания, в дБ определяют по формуле:

где S - площадь, сечения шахты всасывания, м².

При наличии в боксе шахты подсоса звуковую мощность, идущую в нее, в дБ определяют по формуле:



где г_с -- расстояние от средней точки открытой части струи до входного сечения шахты, м.

По полученному значению требуемой эффективности подбирают соответствующую конструкцию глушителя.

Расчет эффективности глушителей особенно для
стороны выхлопа представляет трудную задачу. Применявшиеся ранее эмпирические формулы, основанные на модельных исследованиях без учета влияния температуры и скорости потока, часто давали неудовлетворительные совпадения расчетов и результатов натурных измерений.

Снижение эффективности, которое наблюдается (не только в глушителях выхлопа газодинамических установок, но в глушителях вентиляционных систем, объясняется вторичной генерацией шума, возникающей при протекании газовоздушного потока через глушитель. В глушителях с газовоздушным потоком уровни шума на выходе и, следовательно, фактическое заглушение обусловлено, помимо звукопоглощающих свойств конструкции, акустической мощностью шума, генерируемого потоком, которая возрастает с увеличением его скорости.

Исследования работы глушителя выхлопа показали изменение эффективности глушителя при постоянной активной длине звукопоглотителей, но при измененных сечениях и скоростях газовоздушного потока. Было установлено, что генерация шума сказывается тем раньше, чем меньше исходная звуковая мощность, чем больше величина удельной генерации (генерация на единицу длины глушителя) и затухания звука в глушителе. В результате вторичной генерации шума в глушителе эффективность в ряде случаев не может быть полностью реализована, и она почти перестает возрастать при увеличении длины активной части звукопоглотителя.

Эти вопросы теоретически еще недостаточно изучены и на практике приходится принимать эффективность глушителей выхлопа, основываясь на результатах экспериментальных исследовании.

В практической работе для перечисленных глушителей скорость газовоздушного потока принимают до 40 м/с с последующей проверкой влияния скорости газа на шумообразование в глушителе.

Следующим этапом расчета является определение геометрических размеров глушителя. Для этого определяют количество воздуха, которое необходимо подмешать к струе, чтобы охладить ее до допустимых значений. Сначала рассчитывают коэффициент эжекции:

Где -- температура газовой струи, °К;

- допустимая температура газовоздушной смеси, °К;

Общее количество газовоздушной смеси в м³/с oпределяют по формуле:

где -- расход воздуха через двигатель, кг;

- плотность газа при , кг/м³

Необходимое проходное сечение глушителя определяют из соотношения

Далее, в результате гидравлического расчета, определяют скорость газовоздушного потока в глушителе, при которой обеспечивается принятый коэффициент эжекции n. По ней выбирают в первом приближении тот или иной тип глушителя.

Если эта скорость не превышает 20--25 м/с, то на этом расчет можно закончить.

Глушители со стороны всасывания

Эффективность глушителей со стороны всасывания, где скорость потока обычно не бывает больше 25 м/с, определяют без учета влияния скорости воздушного потока. Для газодинамических установок, каналы всасывания
которых имеют сечения от нескольких до многих десятков квадратных метров, применяют пластинчатые глушители, по форме подобные глушителям вентиляционных систем. Их эффективность обычно определяют
экспериментально.

При определении затухания в глушителях больше длины (6--8 м) было установлено, что из-за наличия обходных путей распространения шума (монтажные зазоры, стенки глушителей) практически нельзя получить величину затухания более 70--75 дБ. Особенно сильно влияют на снижение эффективности зазоры между торцами звукопоглощающих щитов и стенками канала. Когда такие зазоры имеют величину, измеряемую несколькими сантиметрами, эффективность может снижаться на 10--15 дБ в широком диапазоне частот.

Увеличение скорости воздуха на стороне всасывании свыше 25 м/с приводит обычно к значительному разрежению в боксе, искажению параметров испытуемых объектов и увеличению нагрузки на ограждающие конструкции, что нежелательно. Наиболее целесообразная скорость для установок, излучающих шум в атмосферу 10--15 м/с.

Форма и тип глушителей, устанавливаемых на стороне всасывания газодинамических установок, зависит в первую очередь от величины расхода воздуха. Если для работы установки требуется 1--2 кг воздуха в секунду, то его можно подавать через каналы вентиляционных систем, где и предусматриваются соответствующие глушители шума. При расходе воздуха 3--10 кг/с его можно подавать через специально установленные вентиляционные глушители. При расходе воздуха свыше 10--12 кг/с испытательные боксы снабжают специальным всасывающим каналом (шахтой).

Для уменьшения шума, излучаемого в атмосферу палом всасывания, используют различные звукопоглощающие конструкции.

Для шахт испытательных боксов и других газодинамических установок применяют щиты.

Широко применяют щиты, каркас которых изготовляют из дюралюминиевых профилей, обшитых снаружи перфорированными алюминиевыми листами. В качестве звукопоглощающего материала в них используют базальтовое или стеклянное супертонкое волокно в оболочке из стеклоткани, плотность заполнения составляет 20-25 кг/м³.

Щиты расчаливают за крюки проволокой к стенам
шахты. Размеры щита увязывают с размерами шахты. Одни из возможных размеров щита -- 200X200X 2000мм.

В больших каналах щиты устанавливают один на другой и при помощи распорок соединяют между собой. Такую конструкцию применяют для заглушения боксов, в которых испытывают турбовинтовые и поршневые двигатели и каналы всасывания газотурбинных установок.

Боксы газодинамических установок.

В таких боксах размещают установки для испытания камер сгорания, сопловых аппаратов и других струйных агрегатов, транспортных газотурбинных двигателей, имеющих расход воздуха до 15--20 кг/с. Звуковая мощность этих установок меньше, чем например, реактивного двигателя, однако, если не принять мер по заглушению, то на расстоянии нескольких десятков, а иногда и сотен метров шум от них будет превышать допускаемые санитарными нормами величины.

Наиболее надежным методом устранения шума газодинамических установок является размещение их в боксах, подобных тем, в которых испытывают полноразмерные реактивные двигатели. Геометрические размеры боксов определяются габаритами испытываемых изделий, транспортных средств и заданными условиями испытаний. Условиями испытания предусматривается забор воздуха из бокса и выхлоп в глушитель через эжекторную трубу.

Воздух поступает в бокс через всасывающий канал, где установлены звукопоглощающие щиты. При определении скорости воздуха между щитами необходимо учитывать его расход не только через двигатель, но и эжекцию газовой струи. На каждые два бокса делается кабина наблюдения и дистанционного управления с окнами и дверями повышенной звукоизоляции. Бокс оборудуют также выхлопным глушителем.

8.2 Снижение шума газовой струи воздействием на процесс шумообразования

Образование шума газовой струи происходит на ограниченной длине, причем шум различных частот образуется на разных участках струи. Эту особенность используют для изменения характера шума или для его уменьшения в глушителях.

Другим способом воздействия на процесс шумообразовывания является применение преобразователей шума в виде сеток или перфорированных преград, устанавливаемых непосредственно за соплом. При определенных соотношениях размеров сетки, ее расположении по отношению к струе удается преобразовать низкочастотный шум в высокочастотный, заглушение которого достигается более легко.

Для высокотемпературных газовых струй такой способ пока не получил применения. Преобразователь в виде сетки или решетки должен находиться на близком расстоянии от сопла в ядре струи. Способа охлаждения этой части струи пока не найдено, а преобразователи в зоне высокой температуры разрушаются.

Более подходящим способом воздействия на процесс образования шума оказалась система эжектор -- перфорированный насадок.

Экспериментальным путем подобрано такое сочетание размеров эжектора и
насадка, при котором обеспечивалась необходимая эжекция воздуха для охлаждения струи на входе и одновременное снижение шума.

Теоретически процесс шумообразования в таких системах еще недостаточно изучен, поэтому для практического их применения в шумоглушащих устройствах используют зависимости, полученные экспериментальным путем. Размеры перфорированного насадка определяют из следующего соотношения: S = 0,016G, где S -- суммарная площадь отверстий насадка, м2; G -- расход газа через сопло, кг/с.

При температуре газовой струи свыше 900⁰К применяют впрыск воды в начале эжектора, Отверстия насадка способствуют хорошему испарению воды и уменьшению температуры до расчетной. Описанная система применена для ряда глушителей выхлопа испытательных боксов.

Глушители выхлопа повышенной эффективности.

Необходимость повышения эффективности глушителей выхлопа вызывается ростом рабочих температур и расхода газа у современных реактивных двигателей. Для создания высокоэффективного глушителя требуется увеличение его длины (или высоты), так как скорость газа в глушителе должна быть ограничена для получения расчетного заглушения.

Компромиссным решением явилось создание глушителя с увеличенным проходным сечением без существенного увеличения длины звукопоглощающих элементов по сравнению с существующими. Конструкция такого глушителя основана на принципе параллельного соединения низкочастотного глушителя (в виде шахт ограниченных размеров 3,5X3,5 м), облицованных по периметру толстым слоем звукопоглотителя обычных цилиндрических звукопоглотителей, pacположенные по всему сечению и выполняющих роль высокочастотного глушителя. Глушитель с параллельным расположением низкочастотных и высокочастотных звукопоглощающих элементов представляет собой вертикальную металлическую шахту, соединенную с эжекторной трубой. Нижняя часть шахты имеет цилиндрический цоколь с переходом на квадратное сечение. Колодцы образуются из крупных блоков, внутренняя сторона которых имеет защитную акустически прозрачную кассету и за которой размещается толстый cлой звукопоглотителя (например, из минераловых плит). Размер колодцев определяют в соответствии с необходимой пропускной способностью глушителя. Число колодцев может быть различным. Толщину звукопоглощающего слоя выбирают исходя из требуемого заглушения, она должна быть ?300.

9. Описание технологического оборудования и конструкции стенда для испытания

Пульт управления

Пульт управления предназначен для управления режимом работы двигателя, процессом проведения испытаний, отображения и фиксации показаний приборов. На пульте управления размещаются контрольно-измерительные приборы, обеспечивающие расположение в определенном порядке приборов, аппаратуры и контроля работы двигателя, его агрегатов и систем стенда, также на пульте размещается ЭВМ (Оlivetti) для отображения и фиксации показаний приборов, датчиков измерителей задействованных в испытании двигателя. С помощью ЭВМ регистрируется более 1000 параметров, строятся графики и характеристики, происходящих при испытании процессов с выдачей, при необходимости, печатной информации. ЭВМ позволяет с большой точностью и скоростью корректировать работу двигателя, мгновенно отображается процесс после внесения корректировки. В ЭВМ заложены программы аварийного отклонения систем двигателя при возникновении аварийной ситуации.

Размещение систем управления на пульте произведено с учетом важности отображаемой информации и эргономики, посредством чего обеспечивается более точное отслеживание процесса испытания двигателя.

Управление рычагами топливного регулятора двигателя и контроль за его работой сосредоточены на пульте управления в кабине наблюдения.

Управление ручное, дистанционное и состоит из рычагов управления двигателем (на пульте), тросов, роликов, тяг и качалок.

Движение от РУД передается через тросы на кольцевые ролики и далее через тяги и качалки, расположенные на двигателе, на рычаги топливного регулятора. Положение РУД на топливном регуляторе фиксируется датчиком сельсинным ДС-11 и передается при помощи электрической сельсин передачи на указатель положения ИП-33, расположенном на пульте управления.

Электротельферы

Электротельферы типа ТЭЗ-511 предназначены для вертикального подъема, опускания, а также горизонтального перемещения груза, подвешенного на крюк электротельфера. Скорость подъема 2м/мин, скорость передвижения 2м/мин. На испытательных станциях используют для:

- монтажа входных устройств, двигателя;

- монтажа оборудования, для проведения специальных испытаний двигателей.

Электротельфер типа ТЭЗ-511 представляет собой подъемно-транспортный механизм, состоящий из следующих основных узлов: механизма подъема, механизма передвижения, подвески и токосъемника.

Механизм подъема состоит из моторобарабана (электродвигатель встроен в барабан), двухступенчатого редуктора с грузоупорным и колодочным тормозом, шкафа электроаппаратуры с пусковой аппаратурой, кольцевого токосъемника и кожуха, связывающего все узлы механизма подъема. Механизм подъема снабжен ограничителем (концевым выключателем) подъема крюка и ограничителем спуска крюка, который срабатывает благодаря счетчику оборотов барабана. Механизм передвижения состоит из приводной и холостой тележек, траверсы, с помощью которой осуществляется соединение тележек и подвески механизма подъема к механизму передвижения. Приводная тележка имеет два ведущих колеса, приводимых в движение от электродвигателя через два боковых редуктора. Холостая тележка представляет собой двухкатковую тележку с двумя боковыми направляющими роликами, собранную на траверсе. Подвеска электротельфера закрытого типа. Она состоит из двух штампованных щек обойм, стянутых двумя болтами и смонтированных на оси подвески и шейках траверсы.

Блок подвески установлен на одном радиальном подшипнике на неподвижной оси. Крюк с грузом передает давление на траверсу через упорный шариковый подшипник. токосъемник скользящего типа состоит из пластмассового корпуса, в котором находятся шесть щеток контакторов, снимающих ток с троллеев.

Каждое движение электротельфера (подъем, спуск, передвижение вправо и влево) осуществляется отдельной кнопкой. На корпусе кнопочной станции (или на кнопках) имеются указательные знаки в виде стрелок. Кнопки управления электротельфером, к которым подведен кабель, смонтированы в корпусе, подвешенном на специальном тросе. В электрической схеме предусмотрена возможность совмещения передвижения с подъемом или спуском груза.

Количество элекротельферов в боксе - 3; два из них расположены в передней

части бокса (перед станком), один - между станком и выхлопным устройством. Электротельферы перемещаются по силовой двутавровой балке, закрепленной к потолку бокса, вдоль оси. Управление тельфером осуществляется с кнопочной станции, соединенной с электротельфером кабелем. Кабель подвешен на специальном тросе.

Эксплуатация элекротельферов осуществляется согласно "Правилам эксплуатации грузоподъемных механизмов".

Выхлопное устройство бокса

Выхлопное устройство, предназначено для отвода отработанных газов от реактивного сопла газогенератора в пространство за разделительную перегородку бокса.

Выхлопное устройство состоит из эжекторной трубы, разделительной перегородки и раздающего устройства, предназначенного для раздачи газовой струи перед щитами шумоглушения.

Во время эксплуатации проводить регламентное обслуживание в соответствии с регламентным обслуживанием стендового оборудования.

Один раз в год производить покраску выхлопного устройства стенда. Бронещит

Бронещит предназначен для защиты конструкций бокса, станка, стендового оборудования от разрыва дисков турбины испытуемого газогенератора. Применяется при испытаниях по вбрасыванию птиц во входное устройство. В связи с тем, что процесс вбрасывания птиц в газогенератор является непредсказуемым процессом так как могут возникнуть отрывы лопаток, разрывы дисков компрессора и др. чрезвычайные ситуации для оборудования находящегося на стенде и работающих людей.

Монтаж бронещита на стенде производится после установки испытуемого газогенератора методом его надвигания на наиболее опасные участки (компрессор, турбина). Конструкция бронещита сварная. Сварка производится по всему контуру прилегания свариваемых элементов.

Бронещит выполнен из чередующихся слоев металла и резины, и состоит из двух частей.

Нижняя его часть на время постановки двигателя откатывается в сторону выхлопного устройства. Верхняя часть устанавливается с помощью тельфера. После сборки обеих частей бронещита с помощью болтовых соединений, его фиксируют в двух местах.

Бронещит - устройство принадлежащее к стендовому оборудованию, его красят эмалью оранжевого цвета.

Жалюзийные ворота

Жалюзийные ворота предназначены для изоляции стенда при неработающем двигателе.

Жалюзийные ворота, представляют собой ряд вращающихся вокруг вертикальных осей металлических пластин-створок, которые в закрытом состоянии образуют глухой металлический щит, а в открытом состоянии установленную по потоку решетку.

Открывание и закрывание жалюзи производится поворотом створок вокруг вертикальных осей, выполненных из труб, проходящих по оси симметрии пластин и установленных в шариковых подшипниках верхнем и нижнем. Поворот створок осуществляется с помощью шатунного механизма через червячный редуктор от электромотора.

Отключение электромотора при достижении створками крайних положений производится концевыми выключателями на шатунном механизме.

Один раз в год производить покраску створок жалюзийных ворот.

Описание станка

В боксе установлен испытательный станок, представляющий собой две вертикальные стойки ферменной конструкции, на которых, в горизонтальной плоскости, установлен имитатор крыла. На имитаторе крыла установлена стендовая моторама, а также элементы систем: измерения параметров, управления двигателем, отбора воздуха на самолетные нужды, обдува генератора. Перед испытательным станком, с целью создания нормальных условий для работы воздушного винта, и в плоскости вращения винта, установлена диафрагма. Для удобства монтажа двигателя и его обслуживания, испытательный станок оборудован палубой с выдвижными площадками обслуживания. Для обеспечения запуска двигателя в боксе смонтированы элементы системы запуска - влагоотстойник, фильтр и электропечь подогрева воздуха, поступающего от городской магистрали, и вспомогательная силовая установка (ВСУ), на базе изделия АИ-9В, используемая как резервный источник сжатого воздуха.

10. Системы, обеспечивающие работу ТВД на испытательном стенде

Стендовые системы: топливная, масляная, электрооборудования, запуска, охлаждения агрегатов ТВД, управления и гидросистема, - по конструкции и параметрам должны быть максимально приближены к аналогичным системам ЛА , для которого предназначен испытываемый на ТВД.

Предусмотренные марки топлива:

а) основное ТС-1;

б) дублирующее.

Стендовая система обеспечивает:

- питание двигателя топливом на всех режимах его работы;

- чистоту топлива на входе в двигатель не хуже 9 класса;

- возможность поддержания необходимого давления и отсутствие пульсации давления топлива на входе в двигатель и ВСУ;

- перевод питания двигателя с рабочего топлива на консервационное масло;

- быстрое перекрытие топливной магистрали, в аварийных случаях, при помощи пожарного крана.

Подача топлива в стендовую систему осуществляется из заводской топливной магистрали под давлением 2,5…4,0 кг/см².

Стендовая система топливопитания обеспечивает подачу топлива на вход в двигатель с избыточным давлением 1,0±0,2 кг/см² и с расходом до 900 кг/ч.

Минимальные расходы топлива, измеряемые при дросселировании двигателя, до 80 кг/ч.

Перед первым запуском двигателя (при необходимости "Ложным запуском" "Холодной прокруткой"), убедится, что выполнены регламентные работы по системе топливопитания стенда предусмотренные инструкцией;

10.1 Топливная система

Рисунок 10.1 - Система топливопитания и консервиции изделия ТВ3-117ВМА-СБМ1

Топливная система должна обеспечивать бесперебойную подачу топлива в ТВД на установившихся и неустановившихся режимах с заданными параметрами в течении этапа испытания. Топливная система должна быть оборудована системой измерения расхода топлива. Для проведения испытаний с имитацией воздействия высоких температур на эксплуатационные свойства ТВД, система должна обеспечивать возможность нагрева топлива, подаваемого в ТВД в соответствии с ТЗ и программой испытаний. Тонкость фильтрации топлива определяется руководством по эксплуатации и техническому обслуживанию ТВД. Топливная система предназначена для обеспечения подачи топлива к двигателю и в случае аварии или пожара отсечки двигателя от топливной магистрали.

Топливная система должна обеспечивать:

бесперебойную подачу необходимого количества топлива к двигателю;

измерение расхода топлива с высокой точностью (0,5%); тщательную очистку топлива от механических примесей, влаги и воздуха;

тонкость фильтрации (40...10мкм);

подачу к двигателю в случае необходимости нескольких сортов топлив;

пожарную безопасность.

Система должна позволять проводить испытания при различных температурах топлива. Нельзя допускать пересечения трубопроводами проходов, предназначенных для эвакуации людей в случае пожара. В качестве топливных трубопроводов применяют медные и стальные (нержавеющие) трубы, которые заземляют. Скорость топлива в трубопроводах не должна превышать 0,5...2м/с (с целью уменьшения гидравлических потерь и уменьшения возможности образования статического электричества). Трубопроводы проверяют на герметичность под давлением, в два раза превышающем рабочее давление.

Краткое описание топливной системы

Перед первым запуском двигателя (при необходимости "Ложным запуском" "Холодной прокруткой"), убедится, что выполнены регламентные работы по системе топливопитания стенда и по АИ-9В (при работе с ВСУ), предусмотренные инструкцией.

Для подачи топлива на вход в двигатель необходимо:

а) закрыть электрокран 36 (тумблер "Консервация масло"), если он находится в положении "Открыто", и проконтролировать положение электрокрана по индикации световой сигнализации, при открытом электрокране 36 блокировка не позволит открыть электрокран 32 (тумблер "Консервация топливо");

б) проконтролировать по световой сигнализации, что клапан 66 "Подвод азота" и электрокран 35 (в системе заправки масла в маслобак консервации) находятся в положении "Закрыто", кран 53 (подача консервационного масла к ВСУ АИ-9В) должен находиться в положении "Закрыто";

в) если не предполагается проводить запуск двигателя от ВСУ АИ-9В, то электромагнитный клапан 34 (тумблер "Топливный клапан ВСУ") должен находиться в положении "Закрыто", проконтролировать положение электрокрана по индикации световой сигнализации;

г) открыть вентиль 60 или 61, в зависимости от выбора рабочего топлива (основное или резервное), не допускается одновременное нахождение вентилей 60 или 61 в положение "Открыто" ("Частично открыто");

д) электрокран 43 (тумблер "Топливо из хранилища") установить в положении "Открыто", проконтролировать положение электрокрана по индикации световой сигнализации;

е) проконтролировать по дисплею РС №1:

- параметр "ТТ перед ТПР" минус 50…50С;

- параметр "РТ в заводской магистрали"2,5…4,0 кгс/см²

ж) проконтролировать положение кранов 56, 57, 58, они должны находиться в положении "Закрыто"

и) в зависимости от требований программы испытаний:

- если производится замер расхода топлива при запуске двигателя, электрокраны 39, 40 установить в положении "Открыто" (положение тумблера "Замер №1"), при этом электрокраны 37, 38, 41, 42 должны находиться в положении "Закрыто", проконтролировать положение электрокранов по индикации световой сигнализации;

- если замер расхода топлива при запуске двигателя и режимной работе не производится, электрокраны 38, 41 установить в положении "Открыто" (положение тумблера "Перемычка"), при этом электрокраны 37, 39, 40, 42 должны находиться в положении "Закрыто", проконтролировать положение электрокранов по индикации световой сигнализации;

- при выходе на режим работы двигателя выше ЗМГ, если производится замер расхода топлива, электрокраны 37, 42 установить в положении "Открыто" (положение тумблера "Замер №2"), при этом электрокраны 38, 39, 40, 41 должны находиться в положении "Закрыто", проконтролировать положение электрокранов по индикации световой сигнализации;

- данные о замере расхода топлива и работоспособности системы контролировать по дисплею РС №1;

к) специфика работы стендовой системы измерения расхода топлива и необходимость бесперебойного обеспечение объекта испытаний топливом, обусловили применение системы блокировок переключения топливных магистралей :

- в штатном режиме работы не возможно одновременно закрыть все электрокраны (37, 38, 39, 40, 41, 42) системы измерения расхода топлива;

- при переходе с одной из магистралей измерения расхода топлива на другую и при работе с магистралью "Перемычка", сначала откроются электрокраны подключаемой магистрали, затем закроются электрокраны отключаемой магистрали.

л) вентиль 46 установить в положение "Закрыто", открыть электрокран 32 (тумблер "Консервация топливо"), проконтролировать положение электрокрана по индикации световой сигнализации;

м) сливной кран 45 установить в положение "Закрыто" и открыть электрокран 33 (тумблер "Пожарный кран"), проконтролировать положение электрокрана по индикации световой сигнализации;

н) закрыть вентиль 49 и открыть вентили 50, 51, при этом будет подан азот на регуляторы давления 19, 20, приоткрывая вентиль 49 установить требуемое давление топлива на входе в двигатель, закрыть вентиль 49, вентили 50, 51 установить в положение, обеспечивающее поддержание заданной величины давления топлива на входе в двигатель

о) проконтролировать по дисплею РС №1 значение параметра "Рт на входе в двигатель" (1,0=-2,0), при этом сигнализация блокировки "Рт min на менее 0,75 кгс/см²) должна погаснуть.

Для подачи топлива на вход в ВСУ АИ-9В,при запуске двигателя, "Ложном запуске" и "Холодной прокрутке" от ВСУ, необходимо:

а) проконтролировать, что кран 53 установлен в положение "Закрыто";

б) после выполнения работ по п.6.7 (кроме п.6.7 в), кран 52 и электромагнитный клапан 34 (тумблер "Топливный кран ВСУ") установить в положение "Открыто" проконтролировать положение электромагнитного клапана по индикации световой сигнализации;