Системы обеспечения жизнедеятельности и спасения экипажей летательных аппаратов

Раздел: Учебники

В системах кондиционирования самолетов с целью повышения эффективности охлаждения воздуха, нагнетаемого в кабину от компрессора газотурбинного двигателя, наряду с теплообменниками, применяются турбохолодильники.

Эффект охлаждения в турбохолодильнике основан на преобразовании тепловой энергии воздуха в механическую работу.

Работа турбохолодильника ТХ сводится к следующему. В сопловом аппарате воздушной турбину 1 воздух приобретает повышенную скорость истечения, что обеспечивает преобразование потенциальной энергии в кинетическую, часть которой используется на вращение ротора, нагруженного вентилятором 2. Воздух, совершив адиабатическую работу на лопатках турбины, теряет приблизительно 90% своей начальной скорости, приобретенной в сопловом аппарате, и сходит с лопаток, имея меньшие скорость, давление и температуру.

Однако в реальных турбохолодильниках процесс расширения воздуха на турбине из-за возможных потерь отличается от процесса адиабатического расширения. Поэтому оценку температурной эффективности турбохолодильника производят по величине к.п.д.

В турбохолодильниках используются как активные, так и реактивные турбины. В активных турбинах расширение воздуха происходит лишь в сопловом аппарате, а на лопатках турбины изменяется скорость течения. В реактивных турбинах расширение воздуха происходит как в сопловом аппарате, так и на лопатках турбины. В реактивных турбинах благодаря дальнейшему расширению воздуха на лопатках образуется дополнительная реактивная сила, за счет которой увеличивается скорость вращения ротора турбины. В реактивных турбинах к.п.д. выше, чем в активных турбинах.

Эффективность работы ТХ зависит от стабилизации оптимальной скорости вращения турбины. С этой целью в турбохолодильниках используется регулятор степени расширения воздуха на турбине ( 5.11), который поддерживает заданный перепад давления воздуха. Чувствительным элементом регулятора степени расширения 3 является дифференциальный манометр 4, реагирующий на перепад давления (РВх— вых)* Роль исполнительного устройства выполняет дроссельный механизм 5, обеспечивающий снижение давления перед турбохолодильни- ком. Регулятор степени расширения работает следующим образом. Если перепад давления на турбине становится больше заданного, то дифференциальный манометр за счет прогиба мембраны вверх обеспечивает подачу воздуха в надмембран- ную полость дроссельного механизма. Повышение давления в корпусе дроссельного механизма вызывает прикрытие дроссельной заслонкой магистрали наддува. Это приводит к снижению давления перед турбиной. Таким образом, обеспечивается постоянство перепада давления на турбине и скорости ее вращения.

В турбохолодильниках используются воздушные турбины с различной производительностью по воздуху от 4,5 до 25 кг/мин. Температурные напоры на ТХ могут достигать величин от 50°С до 13СРС и соответственно скорость вращения турбины — от 40000 до 100000 об/мин.