А. Входной направляющий аппарат

Воздух, входящий в компрессор со скоростью с₁ движется параллельно оси компрессора. Попадая в каналы, образуе­мые лопатками входного устройства, частицы воздуха изме­ряют направление движения - они отклоняются в сторону вращения рабочего колеса (рис. 6, скорость с₁). Отклоне­ние потока воздуха от осевого направления движения назы­вается “закруткой” потока воздуха.

Предварительная закрутка потока воздуха по направле­нию вращения колеса позволяет увеличить окружную ско­рость колеса и получить в ступени больший напор.

Таким образом, назначение входного устройства состоит в следующем: создать наиболее выгодное направление потока воздуха на входе в рабочее колесо и этим улучшить работу первой ступени.

Лопатки входного устройства иногда делают управляе­мыми - при изменении числа оборотов компрессора спе­циальный автомат поворачивает лопатки и этим изменяя величину закрутки потока воздуха, чтобы сохранить наибо­лее выгодное, безударное направление потока воздуха на входе в колесо.

Рис. 6. Треугольники скоростей воздуха в ступени

 

Б. Рабочее колесо

Газовая турбина вращает ротор рабочего колеса компpeccopa, а лопатки колеса передают полученную энергию потоку воздуха.

Частицы, воздуха со скоростью с₁ подходят к лопаткам рабочего колеса (см. рис. 6). Рабочая лопатка вращается со скоростью u, равной окружной скорости вращения колеса.

Если бы поток воздуха был неподвижен, а двигались только рабочие лопатки, то скорость движения частиц воздуха относительно лопаток была бы –u.

Но поток воздуха имеет скорость с₁. В результате сложе­ния скоростей с₁ и - u частицы воздуха приобретают отно­сительную скорость w₁ (скорость, с которой поток воздуха движется относительно лопаток).

Скорости с₁, - u, w₁ образуют треугольник скоростей на входе в рабочее колесо ступени. Треугольник скоростей на входе изменяется в зависимости от величины секундного расхода воздуха через компрессор (изменяется скорость с₁) иот скорости вращения колеса компрессора (изменяется скорость и).

Форма лопаток рабочего колеса и их взаимное располо­жение подобраны так, что между лопатками образуются расширяющиеся каналы.

Воздух, двигаясь в расширяющемся канале, уменьшает свою скорость движения, поэтому относительная скорость на выходе из канала w₂ меньше относительной скорости воздуха w₁ на входе в канал.

За счет уменьшения относительной скорости давление воздуха в каналах колеса повышается.

Рабочие лопатки сжимают воздух, поворачивают поток воздуха и увеличивают абсолютную скорость движения воз­духа до величины с₂. Абсолютная скорость воздуха на вы­ходе из рабочего с₂ колеса больше скорости на входе с₁ на 50—70 м/сек за счет энергии, получаемой воздухом от рабо­чих лопаток.

Таким образом, энергия, получаемая рабочим колесом, расходуется на сжатие воздуха, на увеличение его скоро­стной энергии и на преодоление гидравлических потерь в ка­налах между рабочими лопатками.

В. Спрямляющий аппарат

Лопатки спрямляющего аппарата неподвижно закреплены в корпусе компрессора. Они имеют хорошо обтекаемую форму и специально изогнуты для изменения направления потока воздуха. Между лопатками спрямляющего аппарата получаются расширяющиеся каналы - диффузоры.

Частицы воздуха со скоростью w₂ (рис. 6) отбра­сываются рабочим колесом к спрямляющему аппарату. Вра­щаясь вместе с колесом, они получил окружную ско­рость - и. Попадая в каналы спрямляющего аппарата, частицы воздуха тормозятся, их окружная скорость умень­шается. Поэтому на треугольнике скоростей на входе в спрямляющий аппарат окружная скорость и направлена в другую сторону, чем было на треугольнике скоростей на входе в рабочие колесо, хотя величина ее осталась без изме­нения.

В результате сложения скоростей w₂, и и получается абсолютная скорость c₂. Имея эту скорость, поток воздуха входит в каналы спрямляющего аппарата.

В каналах спрямляющего аппарата скорость потока воз­духа уменьшается от с₂ до с_ВЫХ, а давление увеличивается.

Напишем для этого случая уравнение, которым мы поль­зовались при рассмотрении входа воздуха в двигатель во время полета:

 

Скорость на выходе из направляющего аппарата с_ВЫХ меньше скорости на входе с₂. Поэтому дробь, стоящая вскобках, всегда будет иметь положительную величину, т. е. Рвых будет больше Р_{2 .}

Лопатки спрямляющего аппарата изогнуты так, чтобы направление скорости с_ВЫХ с которой воздух покидает ступень, совпадало или немного отличалось от направления ско­рости с₁ с которой воздух входит в ступень. Этим обеспечи­вается подход воздуха под нужным углом к лопаткам рабо­чего колеса следующей ступени.

Скоростная энергия воздуха при его движении в спрям­ляющем аппарате расходуется на совершение работы сжатия воздуха, на поворот потока воздуха и на преодоление гидрав­лических потерь в каналах спрямляющего аппарата.

Окружная скорость и различна по высоте лопатки. У корня лопатки она меньше, чем у ее конца. Поэтому тре­угольники скоростей будут различными по высоте лопатки.