ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория ступени компрессора ГТД из "Теория авиационных газотурбинных двигателей Часть 1 " Основными типами компрессоров авиационных газотурбинных двигателей являются многоступенчатые осевые или осецентробеж-ные компрессоры. Другие типы компрессоров применяются реже. [c.38] Процесс сжатия воздуха в много1ступенчатом компрессоре состоит из ряда последовательно протекающих процессов сжатия в отдельных его ступенях. Несмотря а известные (различия в формах проточной части и характере течения воздуха в осевых, центробежных и диагональных компрессорах (ступенях), их рабочий процесс имеет много общего, а их совершенство оценивается однотипными коэффициентами. Поэтому ниже изложение теории компрессоров будет вестись, в основном, применительно к осевым компрессорам, имеющим наибольшее распространение в авиационных ГТД, а особенности компрессоров (ступеней) других типов будут отмечаться по мере Необходимости. [c.38] Сочетание одного рабочего колеса и одного стоящего за ним направляющего аппарата называется ступенью осевого компрессора (осевой ступенью). Обычно компрессор авиационного ГТД имеет от 5 до 15—20 ступеней, но может состоять и из меньшего числа ступеней (и даже из одной ступени). Перед рабочим колесом одноступенчатого ком прессора и перед первым рабочим колесом многоступенчатого компрессора может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА). [c.39] В каждом из этих сечений различают диаметр втулки /)вт (по основаниям лопаток) и наружный диаметр (по корпусу) D . Пространство, заключенное между поверхностями втулки и корпуса, носит название проточной части ступени. [c.39] Все струйки воздуха, входящие в колесо ступени на произвольном радиусе г , движутся далее по некоторой поверхности тока, которую (пренебрегая влиянием отдельных лопаток) можно рассматривать как поверхность вращения с криволинейной образующей аЬ (см. рис. 2.1), причем в общем случае г фг2фг1. Однако во многих случаях эта поверхность близка к цилиндрической. Если рассечь мысленно лопатки ступени цилиндрической поверхностью и развернуть затем ее на плоскость, то сечения лопаток рабочего колеса представятся в виде ряда одинаковых и одинаково расположенных профилей, образующих решетку профилей рабочего колеса А (рис. 2.2). [c.39] Сечения лопаток направляющего аппарата образуют вторую решетку профилей Б (сечения лопаток на рис. 2.2 повернуты по отношению к рис. 2. 1 на 90°). [c.39] Треугольник, составленный из векторов i, и и Шь называется треугольником скоростей на входе в колесо. Приведенное на рис. 2.2 и на последующих рисунках этой главы расположение профилей лопаток и треугольников скоростей соответствует так называемому левому вращению ступени компрессора, наиболее распространенному в авиационных ГТД советского производства. [c.40] Лопатки рабочего колеса должны быть установлены таким образом, чтобы во избежание срыва потока передние кромки их были направлены по направлению вектора или под небольшим лт-ЛО М к нему. При этом форма (кривизна) профилей лопаток выбирается с таким расчетом, чтобы угол выхода потока из колеса р2 был больше угла входа В этом случае, как видно из рис. 2.2, поворот потока сопровождается увеличением поперечного сечения каждой струи воздуха, проходящей через канал мелсду двумя соседними лопатками ( 2к т)- В результате относительная скорость воздуха в рабочем колесе уменьшается W2 iw ), а давление возрастает (P2 Pl). [c.40] Абсолютная скорость Сг определится построением треугольника на векторах скоростей и и. Вследствие поворота потока в колесе вектор -скорости Сг оказывается отклоненным от вектора i в сторону вращения колеса. Лопатки направляющего аппарата отклоняют ПОТОК воздуха в обратную сторону, причем форма их подбирается так, чтобы направление вектора скорости воздуха за ступенью сз было близко к направлению вектора i. При этом, как и в рабочем колесе, поворот потока приводит к увеличению поперечного сечения струи воздуха, проходящей через канал между соседними ло-паткам-и (/за /2а). в результате скорость воздуха в направляющем аппарате падает, а давление растет. Но здесь рост давления обеспечивается только за -счет использования кинетической энергии воздуха, приобретенной им в рабочем колесе. Полный напор воздушного потока в направляющем аппарате уже не растет, а -несколько уменьшается из-за влияния гидравлических лотерь. [c.41] Учитывая, что увеличение площади поперечного сечения струи воздуха, текущего через межлопаточный жанал, сопровождается уменьшением его скорости, -мы подразумевали тем самым, что поток воздуха является дозвуковым. В некоторых случаях скорость воздуха, набегающего, например, на лопатки -рабочего колеса (в относительном движении), может оказаться больше местной скорости звука а. При течение через расширяющийся межлопаточный канал рабочего колеса -должно -было бы сопровождаться не у.меньшением, а увеличением скорости. Но, как показывают исследования таких ступеней, в этом случае перед каждой лопаткой решетки обычно возникает скачок уплотнения (головная волна). Пройдя через систему этих головных волн, воздушный поток становится уже дозвуковым. Дальнейшее его течение в расширяющемся межлопаточном канале проходит так же, как и в случае Подробнее течение воздуха на входе в колесо рассмотрено для этого случая ниже, в подразд. 2. 3. [c.41] Показан ные на рис. 2.2 треуголыники -скоростей в сечениях 1—1 и 2—2 обычно совмещают на одном чертеже, называемом треугольником скоростей (или планом скоростей) ступени. Совмещение может производиться различными способами. В последующем изложении будем совмещрть в одной точке вершины треугольников, как это показано на рис. 2.3, где приведен треугольник скоростей ступени в общем случае с указанием тех обозначений, которые будут использованы в дальнейшем. [c.42] В ступенях с переменной высотой лопаток приходится учитывать также, что поверхность тока на выходе из рабочего колеса может располагаться на ином (например, на большем) радиусе, чем на входе в него, что приводит к соответствующему различию в значении переносной (окружной) скорости (h2=5 Mi). Это различие особенно заметно для околовтулочных сечений лопаток первых ступеней авиационных компрессоров, где оно может достигать 20—30%. [c.43] На рис. 2.3 iu — окружная составляющая абсолютной скорости воздуха перед колесом (предварительная закрутка). Очевидно, iu = ia tgai. Если ai 90°, то предварительная закрутка направлена в сторону вращения колеса и считается положительной. Случай tti 90° соответствует отрицательной закрутке. Если ai —90°, то вектор l направлен параллельно оси вращения колеса, предварительная закрутка отсутствует и ступень в этом случае называется ступенью с осевым входом. Отрезок Дьг м, равный разности окружных составляющих относительных скоростей воздуха перед и за колесом, называется закруткой воздуха в колесе. Смысл остальных обозначений ясен непосредственно из чертежа. [c.43] На рис. 2.4 показана схема центробежной компрессорной ступени, а на рис. 2.5 — изменение параметров воздушного потока по ее тракту. Основными элементами ступени являются рабочее колесо Л и диффузор Б, а характерными сечениями воздушного тракта— сечение 1—1 перед рабочим колесом, сечение 2—2 за ним и сечение 3—3 на выходе из диффузора. За диффузором может быть установлен выходной канал или выходные патрубки, обеспечивающие поворот выходящего из диффузора лотока в нужную сторону (например, ш радиального в осевое направление). На рис. 2.4 показаны также характерные размеры ступени вть 2 и D3. [c.43] Рабочее колесо обычно представляет собой диск, на торцевой поверхности которого расположены (рабочие лопатки. В некоторых случаях для уменьшения габаритных (размеров ступени пр(И заданном расходе воздуха организуется двухсторонний подвод воздуха к рабочему колесу, и тогда лопатки (располагаются симметрично по обе стороны диска. [c.43] В некоторых конструкциях центробежных ступеней рабочие лопатки в выходной части рабочего колеса располагаются не по радиусам, а с отклонением от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения колеса (рис. 2.6, в). При этом угол Рг, который в ступени с радиальными лопатками был близок к 90°, существенно уменьшается. Одновременно уменьшается и значение сг при данном значении Ыг, что облегчает задачу последующего торможения выходящего из колеса воздушного потока в диффузоре. [c.46] В принципе возможно выполнение ступени с лопатками, обеспечивающими получение Рг 90°, как показано на рис. 2.6, г. Однако на практике такие ступени применяются редко. [c.46] Таким образом, даже при отсутствии за колесом спрямляющих поток лопаток, можно организовать торможение воздушного потока, выходящего с большой скоростью из колеса, направив его в пространство между двумя кольцевыми поверхностями (стенками). Поэтому участок между сечениями 2—2 и 2 —2 (см. рис. 2.4) получил название безлопаточный диффузор . (Можно показать, что в таком диффузоре возможен переход от сверхзвуковой скорости к дозвуковой без образования скачка уплотнения). Однако в без-лопаточном диффузоре уменьшение скорости происходит сравнительно медленно (примерно обратно пропорционально радиусу), что приводит к необходимости выполнять его с увеличенными диаметральными габаритными размерами и сопровождается большими потерями на трение воздуха о стенки. Для более эффективного торможения потока, выходящего из колеса, в центробежных ступенях (компрессорах) авиационных ГТД обычно применяют лопаточные диффузоры, работающие аналогично направляющим аппаратам осевых ступеней. В некоторых конструкциях для уменьшения габаритных размеров центробежной ступени канал диффузора выполняется криволинейным с частичным или полным поворотом потока в нем из радиального направления в осевое. [c.47] При течении воздуха в выходном канале или выходных патрубках ступени (за диффузором) его давление уже практически не изменяется. [c.47] Вернуться к основной статье