Компрессор



в палитре	на схеме

Блок предназначен для моделирования характеристик компрессора газотурбинного двигателя.

Блок считывает:

полное давление и температуру при входе в компрессор
полное давление при выходе из компрессора
частоту вращения ротора

Блок вычисляет:

положение рабочей точки на характеристике компрессора
запас по газодинамической устойчивости (ГДУ)
степень повышения давления в компрессоре
физический и приведенный расходы воздуха в компрессоре
температуру торможения на выходе из компрессора
мощность компрессора
физический расход воздуха при выходе из компрессора, с учетом отборов

Математическая модель

Приведенная относительная частота вращения компрессора рассчитывается по формуле:

где n_max — расчетная частота вращения компрессора, об/мин; n — текущая частота вращения компрессора, об/мин; T^*_in — температура воздуха при входе в компрессор, К.

Приведенный расход рассчитывается по формуле:

где G_air — расход воздуха при входе в компрессор, кг/с; P^*_in — давление торможения при входе в компрессор, Па; T^*_in — температура торможения при входе в компрессор, К.

Температура торможения при выходе из компрессора определятся по нижеприведенной формуле, при этом сжатие считается адиабатическим:

где:

T^*_in — температура торможения при входе в компрессор, К
π^*_k — степень повышения давления
P^*_comp — давление торможения при выходе из компрессора, Па
P^*_in — давление торможения при входе в компрессор, Па
η_k — КПД компрессора
k — показатель адиабаты

Мощность компрессора вычисляется по разнице энтальпий воздуха на входе и выходе по формуле:

где i^*_comp — энтальпия воздуха при выходе из компрессора, Дж/кг; i^*_in — энтальпия воздуха при входе в компрессор, Дж/кг.

Расчет энтальпий осуществляется по РТМ 1677-83 [3].

Характеристика компрессора

В свойствах блока возможно выбрать базовую характеристику компрессора, либо загрузить свой файл. Пример типовой напорной характеристики не сильно нагруженного компрессора высокого давления, являющейся зависимостью степени повышения давления от приведенного расхода при различных приведенных частотах вращения, представлен на рисунке (Рисунок 1).

Пример типовой характеристики не сильно нагруженного компрессора высокого давления по КПД, представляющей собой зависимость КПД от степени повышения давления при различных приведенных частотах вращения, представлен на рисунке (Рисунок 2).

Рис. 2. Типовая характеристика компрессора по КПД.

При выборе значения "Загрузить из файлов comp.dat" в свойстве "Базовая характеристика компрессора" необходимо, чтобы в файлах "data_comp_pi_g.dat" и "data_comp_pi_kpd.dat" данные предоставлялись в следующем виде: первое значение (n_strok) — количество точек на характеристике при постоянной частоте; второе значение (n_stolb) — количество веток частот вращения. Далее идет перечисление относительных частот вращения (n_stolb штук). Затем следует перечисление степеней повышения давления (n_stolb штук) каждая точка соответствует характерной точке (для n_strok = 1). После перечисления степеней повышения давления аналогичным способов вводится расход (для файла "data_comp_pi_g.dat") или КПД (для файла "data_comp_pi_kpd.dat").

Структура файла с расшифровкой представлена ниже:

3,     // количество точек на характеристике при одной частоте вращения (n_strok)
2,     // количество веток частот вращения (n_stolb)
0.6,   // первая приведенная частота вращения
1,     // вторая приведенная частота вращения
1.1,   // степень повышения давления (при частоте вращения 0.6 и первая точка характеристики из n_strok)
1.11,  // степень повышения давления (при частоте вращения 1 и первая точка характеристики из n_strok)
2.1,   // степень повышения давления (при частоте вращения 0.6 и вторая точка характеристики из n_strok)
2.5,   // степень повышения давления (при частоте вращения 1 и вторая точка характеристики из n_strok)
3.1,   // степень повышения давления (при частоте вращения 0.6 и третья точка характеристики из n_strok)
3.9,   // степень повышения давления (при частоте вращения 1 и третья точка характеристики из n_strok)
10,    // расход (при частоте вращения 0.6 и при степени повышения давления 1.1)
15,    // расход (при частоте вращения 1 и при степени повышения давления 1.11)
8,     // расход (при частоте вращения 0.6 и при степени повышения давления 2.1)
14,    // расход (при частоте вращения 1 и при степени повышения давления 2.5)
7,     // расход (при частоте вращения 0.6 и при степени повышения давления 3.1)
13     // расход (при частоте вращения 1 и при степени повышения давления 3.9)

Входные порты


Имя	Описание	Тип линии связи
C_in	Порт для подключения блока Воздухозаборник	ГТД – Газодинамическая
Rotor	Порт для подключения блока Ротор ГГ	Механика вращательная

Выходные порты


Имя	Описание	Тип линии связи
C_out	Порт для подключения блока Камера сгорания	ГТД – Газодинамическая
Out_air	Порт подключения блока Отборы	ГТД – Газодинамическая

Свойства


Название	Имя	Описание	По умолчанию	Тип данных
Проектные параметры		Группа свойств, задающих расчетные параметры компрессора
Проектная степень повышения давления	pika_project	Расчетная степень повышения давления компрессора. Свойство используется для масштабирования базовых характеристик	7.5	Вещественное
Проектный приведенный расход воздуха, кг/с	g_project	Расчетный расход воздуха при начальных условиях. Свойство используется для масштабирования базовых характеристик	100	Вещественное
Проектный КПД	kpd_project	Расчетный КПД компрессора. Свойство используется для масштабирования базовых характеристик	0.85	Вещественное
Максимальная частота вращения, об/мин	n_max	Расчетная частота вращения компрессора. Свойство необходимо для масштабирования характеристики компрессора	10000	Вещественное
Характеристика		Группа свойств, позволяющих выбрать характеристику компрессора
Базовая характеристика компрессора	harakteristika	Выбор базовой характеристики компрессора. Возможные значения свойства: "КВД" — типовая характеристика не сильно нагруженного компрессора высокого давления "КНД" — типовая характеристика не сильно нагруженного компрессора низкого давления "КНД_(L)" — типовая характеристика не сильно нагруженного компрессора высокого давления со увеличенным запасом газодинамической устойчивости "ЦБК" — типовая характеристика малоразмерного центробежного компрессора "Загрузить из файлов comp.dat" — загрузка характеристики компрессора из файлов с названием "data_comp_pi_g.dat" и "data_comp_pi_kpd.dat", которые необходимо размещать в одной директории с проектом	КНД_(L)	Перечисление
Температура, к которой приведены характеристики	T_pr_char	Температура, к которой приводится приведенная частота вращения и приведенный расход	288.15	Вещественное
Масштабирование характеристики		Группа свойств, масштабирующих характеристику компрессора
Масштабирование расхода характеристики компрессора	g_scale	Свойство, позволяющее масштабировать загруженную или выбранную базовую характеристику компрессора по расходу	1	Вещественное
Масштабирование степени повышения характеристики компрессора	pika_scale	Свойство, позволяющее масштабировать загруженную или выбранную базовую характеристику компрессора по степени повышения давления в компрессоре	1	Вещественное
Масштабирование КПД характеристики компрессора	kpd_scale	Свойство, позволяющее масштабировать загруженную или выбранную базовую характеристику компрессора по коэффициенту полезного действия компрессора	1	Вещественное

Параметры


Название	Имя	Описание	Тип данных
Давление при входе в компрессор, кПа	P_compressor_in	Полное давление при входе в компрессор	Вещественное
Давление при выходе из компрессора, кПа	P_compressor_out	Полное давление при выходе из компрессора	Вещественное
Температура при входе в компрессор, К	T_compressor_in	Температура торможения при входе в компрессор	Вещественное
Температура при выходе из компрессора, К	T_compressor_out	Температура торможения при выходе из компрессора	Вещественное
Степень повышения давления в компрессоре	Pika	Степень повышения давления в компрессоре по параметрам торможения	Вещественное
КПД компрессора	eta_k	КПД компрессора	Вещественное
Мощность, потребляемая компрессором, кВт	N_compressor	Мощность, потребляемая компрессором	Вещественное
Запас ГДУ, %	delta_Ky	Запас газодинамической устойчивости компрессора	Вещественное
Расход при входе в компрессор, кг/с	G	Расход при входе в компрессор	Вещественное
Приведенный расход при входе в компрессор, кг/с	G_pr	Приведенный расход при входе в компрессор	Вещественное
Частота вращения, об/мин	n	Частота вращения компрессора	Вещественное
Приведенная частота вращения	n_pr	Приведенная относительная частота вращения	Вещественное

Примеры

Примеры использования блока:

Литература

Бекнев В.Е. Расчет осевого компрессора. — М.: МВТУ. — 1981 г. — 22 с.
Добрянский Г.В., Мартьянова Т.С. Динамика авиационных ГТД. — М.: Машиностроение. — 1989 г. — 240 с.
Руководящий технический материал авиационной техники. РТМ 1677-83. Метод и подпрограмма расчета термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив.
Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок. — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2014 г. — 58 с.