Формы проточной части осевого

КОМПРЕССОРА (КАСКАДА)

При одинаковом расходе воздуха через все ступени компрессора увеличение плотности воздуха по мере сжатия его в отдельных ступенях должно сопровождаться согласно уравнению расхода  либо снижением осевой скорости, либо уменьшением площади проточной части.

Снижение осевой скорости невыгодно. Из формулы  следует, что при данных параметрах решетки РК (  и ) это повлечет за собой пропорциональное снижение закрутки воздуха в колесе и соответственно . Это приведет к снижению адиабатной ра­боты в каждой из этих ступеней. Поэтому для достижения заданной величины  (и соответственно ) придется увеличивать число ступеней.

Но уменьшение площади проточной части требует уменьшения высоты лопаток. Это приводит к увеличению доли концевых потерь и снижению КПД ступени, которое становится особенно существенным при > 0,85... 0,9.

Рис. 4.4. Возможные формы проточной части многоступенчатого компрессора

Поэтому обычно принимается компромиссное решение, когда при переходе от первых к последним ступеням одновременно уменьшается и высота лопаток, и осевая скорость воздуха. Уменьшение с_а в последних ступенях улучшает также условия работы расположенной за компрессором камеры сгорания.

Обычно в авиационных компрессорах скорость воздуха на выходе из последней ступени равна 120—180 м/с.

Уменьшение высоты лопаток от ступени к ступени может достигаться либо увеличением внутреннего диаметра, либо уменьшением наружного диаметра рабочих колес и направляющих аппаратов, либо, наконец, одновременным изменением обоих диаметров. Возможные формы проточной части многоступенчатых компрессоров (каскадов) показаны на рис. 4.4. По конструктивным и технологическим соображениям наиболее удобными являются схемы, в которых либо наружный, либо внутренний диаметр у всех ступеней остается одинаковым. В схеме а (с постоянным наружным диаметром) средний радиус постепенно возрастает от ступени к ступени. Это позволяет получить благодаря бóльшим окружным скоростям (и, следовательно, более высоким значениям ) более высокую адиабатную работу сжатия в каждой из средних и последних ступеней, чем для схемы б (при одинаковых параметрах первой ступени), и за счет этого уменьшить потребное число ступеней. Вместе с тем, при одних и тех же значениях  и  и при одинаковой скорости на входе в схеме а высота лопаток в последних ступенях получается (из-за большего среднего диаметра) заметно меньшей, чем в схеме б, что неблагоприятно сказывается на КПД последних ступеней. Кроме того, несмотря на уменьшение числа ступеней в схеме а (по сравнению со схемой б), масса компрессора уменьшается при этом не очень сильно, так как последние ступени в схеме а получаются более тяжелыми из-за большего их диаметра. Таким образом, каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки.

В компрессорах авиационных ГТД часто применяются компромиссные схемы, в которых уменьшение высоты лопаток достигается одновременным уменьшением наружного диаметра и увеличением внутреннего диаметра ступеней. При этом средний диаметр ступеней либо остается примерно постоянным (схема в) или, чаще, в первых ступенях используется, главным образом, увеличение D _вт, а в последних - уменьшение D _к (схема г).

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СЖАТИЯ ВОЗДУХА МЕЖДУ СТУПЕНЯМИ КОМПРЕССОРА (КАСКАДА)

В многоступенчатом осевом компрессоре работа, подводимая к воздуху, и соответственно работа сжатия воздуха распределяется между его ступенями неравномерно. Типичное распределение адиабатной работы сжатия по ступеням каскада осевого компрессора представлено на рис. 4.5. В первых и в последних ступенях эта работа заметно снижена по сравнению с работой, приходящейся на каждую из средних ступеней. Такой характер распределения работы закладывается при проектировании компрессора из следующих соображений.

 

Рис.4.5. Типичное распределение работы сжатия воздуха между ступенями осевого компрессора	Рис. 4.6. Типичное распределение работы сжатия воздуха между ступенями осецентробежного компрессора

а). Первая ступень имеет самое малое значение . Привтулочные сечения имеют низкую окружную скорость и, следовательно, для получения высоких значений  должны иметь большие значения  (так как ), т.е. большие углы поворота в решетке РК. Это может привести к срыву потока.

б). На нерасчетных режимах углы атаки на рабочих лопатках первой ступени могут сильно возрасти.

в) Первые ступени наиболее подвержены влиянию различных возмущений входящего в компрессор потока, вызванных неравномерностью потока в тракте двигателя. Следовательно, в первых ступенях надо иметь повышенные запасы по углам атаки, чтобы избежать срыва потока с лопаток РК.

По этим причинам первые одна - две ступени нагружены слабее остальных. В последующих ступенях, имеющих уже более высокие значения , нагрузка соответственно увеличивается.

в). В последних ступенях компрессора, как уже указывалось, и соответственно  приходится снижать из-за снижения осевой скорости воздуха. Кроме того, эти ступени из-за малой высоты лопаток (и поэтому более сильного влияния концевых потерь) обычно имеют пониженные значения КПД. Поэтому для повышения КПД всего компрессора целесообразно бóльшую часть работы сжатия переложить на ступени, имеющие более длинные лопатки, т.е. на средние ступени.

В осецентробежном компрессоре (рис. 4.6) последняя (центробежная) ступень вследствие более высокого значения окружной скорости и существенного бóльшего коэффициента нагрузки  имеет обычно в несколько раз более высокое значение эффективной и соответственно адиабатной работы, чем стоящие впереди нее осевые ступени.

 

Глава 5