КОМПРЕССОР всех типов предназначен для перемешения определенного количи-чество газа из области низкого в область высокого давления.

Основным техническим характеристиками является:

1. Степень повышения давления П_к = Р_к /Р_вх (отношения давления на выходе (Р_к) из компрессора к давлению (Р_вх) перед копрессором)

2. Производительность (секундный расход воздуха), отнесенный к площади входа в компрессор.

3. К.П.Д.

 

В компрессорах современных ГТД П_к ==25—30 и более. Высокий степени повышения давления применяют для улучшения экономичности двигателя.

Дело в том, что в ГТД около 70% тепла, введенного с топливом в двигатель, теряет с уходящими газами. Эти потери обусловлены вторым законом термодинамики (в двигатель входит холодный воздух, выходит горячий).

При увеличении степени повышения давления в компрессоре соответственно увеличива-ется и степень понижения давления на тракте расширения газа в двигателе (во сколько раз воздух сжимается — во столько же раз газы расширается). А чем больше степень пониже-ния давления, тем ниже (при заданной температуре газа перед турбиной) Т⁰_вых газов и тем меньше потери тепла выходящими газами.

С увеличением степени повышения давления воздуха степень полезного использования введенного в двигатель тепла увеличивается.

Из всех компрессоров требованиям удовлетворяют осевые компрессоры, у которых при заданном расходе габариты и вес меньше, КПД намного выше, чем у других компрес-соров.

Центробежные и диагональные компрессоры простые и компактные получили применение во ВСУ-ах, в приводах энергоузлов самолетов, в холодильных агрегатов, в турбостартерах для запуска основных двигателей.

Таким образом, процесс сжатия воздуха в многоступенчатом компрессоре состоит из ряда последовательно протекающих процессов сжатия в отдельных ступенях, поэтому для уяснения принципа рассмотрим работу одной ступени.

 

Тема 9 Схема и принцип работы ступени осевого компрессора (Кн1стр30).

Ступень осевого компрессора состоит из вращающегося рабочего колеса (РК) и неподвиж-него направляющего аппарата (НА). Рассечем ступень компрессора цилиндрической поверхностью а—б, ось которой совпадает с осью вращения колеса, а затем развернем это цилиндрическое сечение на плоскость (р 2.6). На рис.2.5 и 2.6 приняты следуюшие обозна-чения:

сечение 1—1 на входе в РК;

сечение 2—2 на выходе из РК (и на вх в НА);

сечение 3—3 на выходе из НА.

Рассмотрим течение воздуха через решетки, образованные лопатками РК и НА.

Разберем случай, когда воздух перед РК в своем абсолютном движении имеет осевое направление. Величина и направление этой скорости определяется вектором с₁.

Пусть РК вращается с окружной скоростью u. Для нахождения вектора скорости w ₁ отно-сительно рабочих лопаток используем известное правила теоретической механики о том, что абсолютная скорость с₁ равна сумме переносной (окружной) скорости u и относи-тельной скорости w ₁, т.е.

с_{1 =} u + w ₁

Треугольник, образованный из векторов с₁, u, w ₁, называется треугольником скоростей на входе в РК. Во избежание срыва потока передние кромки рабочих лопаток необходимо ориентировать по направлению вектора относительной скорости w ₁. Что же касается задних кромок, то их можно направить так, чтобы поперечное сечение на выходе из канала f_2к, образованного между соседними лопатками, было больше, чем сечение на выходе f_1к. Это объясняется следующим: для сжатия воздуха на валу колеса ступени затрачивается работа, чтобы увеличить давления (Р_в-ха) от значения р₁ до р₂,

а можно реализовать, если канал между двумя лопатками (дозвукового потока) сделать расширяющийся. При этом относительная скорость w ₂ на выходе из канала будет меньше, чем w ₁ на вх.

Иначе говоря, каналы между соседними лопатками должны быть диффузорными. Чем больше степень диффузорности канала, тем больше степень повышения давления рабочих лопатках.

Однако увеличение степени диффузорности канала (увеличение угла β ₂) может привести к срыву потока со «спинок» рабочих лопаток. На практике максимальная степень диффузор-ности и максимальная степень поворота потока (Δ β = β 2–β 1 ) выбирается из условия отсут-ствия срыва.

Скорость воздуха за РК с₂ определяется как векторная сумма относительной скорости w ₂ и окружной скорости u (смотри 2, 6), т.е.

С_{2 =} w ₂ + u

Скорость С₂ по величине больше, чем с₁ потому что она отклонена от осевого направле-ния в (от направления с₁ ) в сторону вращения колеса.

Задача НА заключается в том, чтобы направлять поток до первоначального направления. Для выполнения этой функции задние кромки направляющих лопаток необходимо напра-вить так, чтобы скорость на выходе из аппарата была параллельна или почти параллельна скорости с.

Передние кромки во избежание срыва потока необходимо ориентировать по направлению скорости с₂.

Примерный характер изменения параметров потока вдоль оси ступени показан на рис 2.5.

Видно, что в рабочих лопатках относительная скорость уменьшается ( w ), а давления и абсалютная скорость ( с ) увеличивается. Одновременное увеличение С₂ и р₂ объясняется тем, что РК сообщается внешняя работа. В НА внешняя работа не сообщается, поэтому здесь падение скорости приводит к увеличяению давления.

Температура потока вследствие сжатия воздуха растет и в РК, и в НА.

Температура и давление заторможенного потока в рабочих лопатках из-за подвода внеш-ней работы растут. В НА температура заторможенного потока сохраняется постоянной, а давление из-за гидравлических потерь несколько падает.

Треугольники скоростей на входе в РК и на выходе из него (р 2.6) обычно совмешают на одном чертеже (так, чтобы вершины совпали) и называют треугольниками скоростей ступе-ни компрессора.

Из-за изменения осевых скоростей (увеличения или постояная), плотность воздуха по ходу движения увеличивается, и поэтому потребное проходное сечение уменшается, то в концов получаются короткие лопатки, в которых возникают повышенные гидропотери. Из усло-вии устойчивой работы КС тоже требует уменшения скорости потока. Этими двумя при-чинами объясняется уменшения осевой скорости в пределах ступени и, следовательно от ступени к ступени. Цель закрутки заключается в том, чтобы сохранить величину относи-тельной скорости w ₁ но уменьшить или увеличить величину окружной скорости. Из рис2.8, если с₁ направить против вращения колеса ( с_1и < 0), приведет к уменшению окруж-ной скорости и наоборот, если с₁ направить в сторону вращения колеса ( с_1u > 0), —к увели-чению (см. Рис 2.8, в). Закрутка по вращению колеса приводит к значительному увеличению окружной скорости( u ) и напорности ступени.

 

 

Тема 10 Основные параметры ступени осевого компрессора ( Кн 1стр38 ).

Ступень компрессора характерезуется размерами: наружным диаметром D_к и диаметром втулки D_вт (р 2.16). Можно определить среднеарифметический D_ср

D_ср = D_к + D_вт / 2,

либо среднегеометрический диаметр получается (рис2.17)

π /4( D ²_к + D ²ср ) = π /4( D ²_ср + D ²вт ).

Откуда среднегеометрический диаметр D_ср = √ D ²_к + D ²_вт / 2,

Для оценки лобовых габаритов имеет относительный диаметр втулки d, это

d = D_вт/D_к

Для того, чтобы при заданном наружном диаметре колеса максимально увеличить полез-ную площадь для прохождения воздуха, необходимо уменьшить относительный диаметр втулки. Это видно из следующей зав-сти:

F₁ = π /4(D ²_к + D ²_вт) = π D ²_к/4(1- d²)

 

Но уменьшить d ниже 0, 3... 0, 35 нет смысла, т.к. при этих значениях d около 90% общей площади компрессора F_к используется полезно.

При дальнейшем уменьшении D_вт невозможно будет помещать лопатки на диске, не говоря уж о том, что это приведет к увеличению напряжения колеса.

Относительный D_вт первых ступеней выбирают в пределах d = 0, 35....0, 6, а последних ступеней (где плотность воздуха достаточно большая и нет «дефицита» в площадях)

d = 0, 8....0, 9.

Другим важным параметром ступени является осевая составляющая абсолютной скоро- сти с_1а. Выбор осевой скорости существенно влияет на секундный расх воздуха через выбранную полезную площадь F₁.

Действительно, из уравнения секундного расхода G= с_1а F₁ ρ ₁ видно, что при заданном F₁ чем больше плотность тока с_1а ρ ₁ тем больше расход воздуха.

Следующим параметром ступени осевого компрессора является окружная скорость рабо-чих лопаток u. Очевидно, что чем больше u тем больше работа, передаваемая воздуху, про-шедшему через ступень, и тем больше напорность ступени (см рис2.3). На практике ее величина ограничивается прочностью лопаток и диска РК компрессора (или турбины).

В современных компрессорах окружная скорость на наружном диаметре меняется в пределах u_к = 300...500м/с.

Большое значение в теории компрессоров играют безразмерные параметры.

1. Степень повышения давления π _к^*= p₃^*/ p₁^*. В первых ступенях π _к^*= 1, 3...1, 4, а в последних 1, 15...1, 2. Это объясняется тем, что даже при одной и той же передавае-мой воздуху работе температура от ступени к ступени растет и тем самым степень повышения давления уменьшается (горячий воздух сжимается труднее холодного).

2. КПД ступени η ^*_ст. В современных компрессорах КПД ступени меняется в пределах 0, 86-0, 9.

3. Коэфициент расхода ступени ¯ c_а¯. Коэфициентом расхода называся отношение осевой скорости к окружной скорости колеса.

¯ c_а¯ = c_а/ u_к

Для первых ступеней ¯ c_а¯ = 0, 5..0, 7, а для последних ¯ c_а¯ =0, 25...0, 4.

Для увеличения загруженности НА необходимо ступень выполнять с предвари-тельной закруткой, направленной в сторону вращения колеса ( с_1u > 0). Такую схему ступени компрессора на практике АД применяют очень часто (см рис 2, 8в).

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: