Кравченко И. В. Христофоров И. Л. Силовые установки летательных аппаратов (554342), страница 9
Текст из файла (страница 9)
4.4) сечение 1 соответствует входу в РК, сечение 2 — выходу из РК и входу в НА, сечение 3 — 3 — выходу из з ступени. Если мысленно раст ' Т сечь лопатки ступени цилинд- Т ' ™ риче ской поверхностью и ъ' р затем развернуть ее на плоскость, то получится плоская 1 з решетка профилей РК и НА %~1 (рис. 4.5) — ряд одинаковых аэродинамических профилей, у, расположенных на равных расстояниях друг от друга и с одинаковыми углами к прямой линии, соединяющей сходственные точки профилей, называемой фронтом реисетки. Решетка профилей НА неподвижна, решетка РК движется с окружной скоростью и.
Совокупность решеток РК и НА образует элементарную ступень. Воздух поступает в РК с абсолютной скоростью с1, которая в большинстве случаев отклонена от осевого направления в сторону вращения. В относительном движении (относительно стенок каналов РК) воздух движется с относительной скоростью в1, которая находится как сумма векторов абсолютной скорости с1 и окружной скорости и. Треугольник, составленный из этих векторов, называется треугольником скоростей воздуха на входе в РК. Межлопаточные каналы в компрессорных решетках выполняются с увеличивающейся площадью проходных сечений (диффузорными): / 2рк > ~ 1 рк и ~2аа > ~ 1 на Поэтому относительная скорость воздуха в рабочем колесе уменьшается (и2 < и ), а давление возрастает ~р2 > р1).
В НА абсолютная скорость потока уменьшается от с2 до сЗ, что приводит к увеличению давления воздуха (рз > р2)- Рис. 4.5. Схема течения воздуха в ступени Если рассматривать адиабатно заторможенные параметры, ф ~ф ф Рз го Р~ > р1, а степень повышения давления в ступени к ст Р1 Важно подчеркнуть, что полное давление р возрастает только в рабочем колесе ступени, так как здесь к воздуху подводится внешняя энергия.
Аналогичный процесс повторяется во всех з ступенях компрессора, поэтому суммарная степень повышения в многоступенчатом компрессоре н = и, 1 н„2 ... к, В теории компрессоров скорости потока характеризуются Ш~ с2 числами Маха М 1 — — — и М 1 —— —, где а1 и а2 — скорости а 1 а ' 2 звука в сечениях 1 и 2. В зависимости от значений чисел Маха компрессоры подразделяются на дозвуковые, околозвуковые и сверхзвуковые. В дозвуковом компрессоре во избежание больших потерь энергии числа Маха меньше единицы (обычно меньше 0,85).
Для дозвуковых ступеней к = 1,2...1,35. Существенное повышение к возможно только при переходе к околозвуковым (М 1 — — 0,85...1,1) и сверхзвуковым ступеням (М 1 > 1,1). Чтобы такие ступени работали с высоким КПД, их решетки должны иметь сверхзвуковое профилирование: тонкие лопатки с острой передней кромкой, плавно уширяющиеся межлопаточные каналы. При обтекании таких профилей (рис. 4.6) перед каждым из них образуется криволинейный скачок уплотнения (головная волна), в котором скорость снижается, оставаясь сверхзвуковой.
Двигаясь по каналу между лопатками, поток замедляется, и в прямом скачке скорость переходит в дозвуковую. Степень повышения давления в таких ступенях к„= 1,6...2 при высоком КПД. ~~ ~2~ ах Рис. 4,6. Схема сверхзвуковой ступени При обтекании потоком воздуха лопаток РК на вогнутой стороне (корыте) профиля создается повышенное давление, а на выпуклой (спинке) — разрежение, в результате чего 'образуется аэродинамическая сила Р (см.
рис. 4.5). Осевая составляющая этой силы Р направлена по полету и воспринимается упорными подшипниками ротора компрессора, а окружная Є— в сторону, противоположную направлению вращения РК. Она представляет собой силу сопротивления воздуха вращению РК, и на преодоление ее затрачивается внешняя'работа, подводимая к ступени компрессора.
Определить Р„можно с помощью уравнения количества движения Р„= Лс„. Закрутка воздуха определяется как разница окружных составляющих скоростей воздуха на входе в РК и выходе из него: Лс„= с „— с1„, от нее зависит работа, сообщаемая воздуху в ступени (теоретический напор сту- пени): Н = и Р„= и .
Лс„.. Величина Н ограничивается значениями 15...25 кДж/кг для дозвуковых и 35...50 кДж/кг — для сверхзвуковых ступеней. Из-за неравномерности потока по высоте лопаток, трения диска, наличия радиальных зазоров затраченный напор Н = й„Н, где й„= 0,99...0,88. Нагрузку ступени принято характеризовать коэффициентом затраченного напо- Н ра Й = †.
По статистическим данным, для выполненных дои звуковых компрессоров Й имеет следующие значения: в первых ступенях 0,16...0,18; в средних 0,28...0,3; в последних 0,23...0,26. Многоступенчатые компрессоры Работа многоступенчатого компрессора складывается из работ отдельных ступеней. В авиационных ГТД применяются осевые компрессоры с числом ступеней от 5 до 17. Вентиляторы двухконтурных ТРД имеют обычно от одной до четырех ступеней. Выбор числа ступеней в компрессоре является составной частью расчета 'компрессора по среднему диаметру. Затраченная работа компрессора Ь~, отнесенная к 1 кг воздуха, определяется как сумма затраченных напоров всех ступеней: Х.„= ~~~ Н 1 Тогда потребное число ступеней компрессора определяется как ~к г= 2 г ср Согласно уравнению неразрывности С = рРс„, увеличение плотности сжимаемого воздуха в каждой из последующих ступеней должно сопровождаться уменьшением проходной площади для воздуха и уменьшением осевой скорости с .
Осевая скорость по тракту компрессора постепенно снижается от значений с = 200...230 м/с в первой ступени до с = 120...160 м/с на выходе из последней ступени. Снижение скорости на средних и последних ступенях позволяет иметь последние лопатки не слишком короткими.
Перед рабочим колесом первой ступени может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА). Назначение его— сообщить предварительную закрутку воздуху, поступающему в первую ступень. Часто за последней ступенью устанавливается дополнительный, второй спрямляющий аппарат, поскольку в большинстве случаев раскрутить выходящий из колеса воздух до осевого направления в одном аппарате не удается, так как требуется слишком большой угол поворота потока.
Важное значение для весовых характеристик компрессора имеет выбор формы проточной части. На рис. 4.7 показаны некоторые типичные формы проточной части многоступенчатого компрессора. При профилировании проточной части с постоянным наружным диаметром компрессора В = сопв$ (рис. 4.7,а) окружные скорости во всех ступенях получаются максимальными, что увеличивает напорность ступеней и уменьшает их число. При такой форме проточной части высота лопатки в последней ступени может получиться маленькой. Если высота лопатки на входе из компрессора меньше 20 мм, то выбирают проточную часть с Х) = сонары или Х) = сопят (рис.
4.7,в и б). При этом последние ступени имеют низкие значения окружных скоростей, напорность их снижается и число ступеней увеличивается по сравнению с первым вариантом. Тем не менее схема с В„~ = сонары использована в некоторых конструкциях ГТД, так как она имеет некоторые преимущества с точки зрения технологии изготовления ротора компрессора.
Кроме того, последние ступени имеют в этом случае меньший вес. Находят применение Рис. 4.7. Различные формы проточной части многоступенчатых осевых компрессоров комбинированные формы проточной части (рис. 4.7,г), исполь- зующие преимущества различных схем. Характеристики компрессоров )~С Характеристикой компрессора называют зависимости я„и ~)„от расхода воздуха при изменении частоты вращения ротора и и внешних условий р„, Т„. Наиболее надежные характеристики получаются экспериментальным путем на специальных испытательных стендах. При этом требуемая частота вращения ротора компрессора достигается путем его вращения каким-либо источником мощности, а расход воздуха изменяется с помощью дроссельной заслонки, увеличивающей или уменьшающей проходное сечение выпускного трубопровода.
Пример характеристики осевого компрессора приведен на рис. 4.8. Все поле характеристики делится на две области: рабочую и нерабочую. Линия, которая ограничивает область устойчивой работы, называется границей газодинамическай устойчивости. По достижении этой границы, например при уменьшении расхода воздуха при постоянном числе оборотов, наблюдается неустойчивый режим работы ("помпаж"), который характеризуется сильными низкочастотными колебаниями параметров потока.
Степень повышения давления и КПД резко снижаются. Длительная работа компрессора в режиме помпажа ведет к его поломке. Рассмотренные характеристики дают представление о работе компрессора лишь при определенных условиях на входе, при которых производились испытания. Другим условиям на входе должна соответствовать другая характеристика компрессора. Приведенные характеристики, построение которых основывается на теории подобия, могут служить для оценки эксплуатационных качеств компрессора при любых условиях на входе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
