Газодинамические и кинематические параметры

К ним относятся следующие параметры.

1. Степень повышения давления в ступени

, или в параметрах заторможенного потока: .

Обычно степень повышения давления в одной осевой ступени не превышает значений 1,3…1,5. В одноступенчатых вентиляторах ТРДД она может достигать 1,6…1,7.

2. Адиабатная работа сжатия воздуха в ступени

Это работа, которую необходимо затратить на повышение давления потока воздуха в адиабатном процессе. Согласно уравнению Бернулли, для ступени компрессора при отсутствии гидравлических потерь работа, затрачиваемая на вращение ступени, была бы равна

.

Но, согласно уравнению сохранения энергии, в таком случае . Из сопоставления этих двух уравнений следует, что работа, которую необходимо затратить на повышение давления потока воздуха в адиабатном процессе 1 - 3 _ад (адиабатная работа ступени), равна

или

.

В параметрах заторможенного потока адиабатная работа ступени (называемая также адиабатным напором ) равна:

3. КПД ступени

Работу, потребную для заданного повышения давления воздушного потока в адиабатном процессе (т.е. адиабатную работу), принято считать полезной работой ступени компрессора. Ее отношение к затраченной на повышение давления работе характеризует степень совершенства рабочего процесса ступени и называется адиабатным КПД ступени.

Согласно уравнению Бернулли, работа, затрачиваемая на вращение колеса ступени, равна

,

из которой непосредственно на повышение давления воздуха затрачивается работа L _п.ст и связанная с этим процессом работа сил трения L_r. Следовательно, адиабатный КПД ступени компрессора равен

, т.е.

Таким образом, адиабатный КПД ступени учитывает гидравлические ( и тепловые () потери в процессе повышения давления воздуха в ступени.

В инженерных расчетах обычно используется адиабатный КПД ступени в параметрах заторможенного потока. В этом случае полезной работой следует считать , а вся работа, затраченная на вращение колеса ступени, идет на повышение полного давления и на преодоление гидравлических потерь (с учетом теплового сопротивления). Поэтому адиабатный КПД ступени в параметрах заторможенного потока (сокращенно - КПД ступени) равен

.

Так как согласно уравнению сохранения энергии для ступени компрессора

,

то с учетом сказанного выше можно записать:

.

Значения в первых ступенях компрессоров современных ГТД имеют порядок 0,83…0,85, а в средних ступенях достигают 0,88…0,90 и более (до ~ 0,92), что свидетельствует о достаточно высоком совершенстве всех ступеней компрессора.

4. Окружная скорость на наибольшем (внешнем) диаметре РК на расчетном режиме в современных компрессорах u _к = 400...500 м/с.

Это значение ограничивается как прочностью лопаток и диска рабочего колеса, так и снижением КПД ступени при возрастании u _к.

5. Числа Маха на входе в РК и НА.

, и ,

где - скорость звука в потоке воздуха перед РК или НА.

По уровню чисел М набегающего на лопатки потока осевые ступени принято разделять на:

- дозвуковые, в которых значения M _{w 1} и М _{c 2} на расчетном режиме ни на одном радиусе не превышают единицу;

- сверхзвуковые, в которых по всей высоте лопатки М _{w 1}>1 или М _{c 2}>1;

- трансзвуковые ( околозвуковые), в которых скорость w ₁(или c ₂) изменяется по радиусу от сверхзвуковой до дозвуковой.

Коэффициент расхода

,

где c _{1 a} - осевая скорость воздуха на среднем радиусе на входе в ступень

Коэффициент расхода определяет объемный расход воздуха через единицу площади входа в рабочее колесо, кроме того, он связан с формой треугольников скоростей ступени и определяет угол атаки лопаток рабочего колеса.

7. Коэффициент адиабатного напора

и коэффициент нагрузки ступени

,

где - окружная скорость на среднем радиусе лопаток рабочего колеса на выходе из него.

Чем больше окружная скорость, тем более высокой может быть работа, сообщаемая воздуху в ступени и соответственно работа его сжатия, поскольку

.

Следовательно, коэффициенты  и  оценивают значения  или , которые могут быть достигнуты в ступени при данной окружной скорости, или, как говорят, нагруженность ступени.

Обычно в осевых ступенях m_ст = 0,25...0,35. Осевые ступени с

m_ст = 0,5...0,6 называются высоконагружженными и обычно имеют пониженные значения КПД.

Если значение L _ст, близко к значению работы вращения элементарной ступени L_u на среднем радиусе, то в этом случае можно полагать и тогда .