Потери энергии в рабочем колесе

Приблизительная оценка КПД ступени ЦБК

Для предварительной оценки КПД ступени ЦБК с лопатками различной формы можно воспользоваться графиком зависимости уровней КПД от угла и заданной степени повышения давления (Рисунок 17).

На графике представлены значения изоэнтропического КПД по полным параметрам. В результате дальнейших расчетов выбранное значение КПД уточняется. При малых значениях удаётся получить более высокий КПД, так как диффузорность межлопаточного канала рабочего колеса и скорость на входе в диффузор в этом случае понижены.

Рисунок 17 – Зависимость уровня КПД от угла и [Ошибка! Источник ссылки не найден.]

Поэтому в настоящее время большинство ЦБК авиационных ГТД выполняют с колесами, лопатки которых загнуты против направления вращения (реактивные колеса – см. раздел 0).

Повышенные значения КПД являются главным преимуществом этих колес по сравнению с более простыми в технологическом отношении колесами, имеющими радиальные лопатки и колесами, имеющими загнутые вперед по вращению лопатки (активными колесами). Лопаточный угол для современных ЦБК принимает значения.

Однако КПД компрессора не зависит только от угла на выходе. На КПД ступени ЦБК влияет большое число факторов, такие как профиль лопаток, зазоры между рабочим колесом и корпусом, скорость на входе в ступень, скорость на выходе из ступени, шероховатость лопаток, углы атаки на входе в рабочее колесо, на входе в диффузор, концевые потери, потери на трение воздуха о диск, и так далее. Поэтому графиком (Рисунок 17) можно пользоваться только в грубых приближениях.

Потери энергии в колесе ЦБК разделяются на профильные, вторичные и концевые. Профильные и вторичные потери обычно рассматриваются совместно. К ним относятся:

1. потери во вращающемся направляющем аппарате, обусловленные трением, поворотом потока и местными скачками уплотнений при сверхзвуковом обтекании;

2. потери, связанные с поворотом потока из осевого направления в радиальное в межлопаточных каналах радиальной части колеса;

3. потери на трение в радиальной части колеса, а также потери от вихреобразования, обусловленного перетеканием воздуха через зазор между лопатками и покрывным диском.

Профильные и вторичные потери обычно оцениваются как доля от кинетической энергии воздуха. В частности, потери на входных кромках рабочего колеса подсчитываются как некоторая доля от кинетической энергии воздуха в относительном движении при входе в колесо:

,

(41)

где при расчётном режиме. В общем случае при расчетном режиме зависит от, угла атаки и угла поворота потока в канале рабочего колеса.

Потери, связанные с поворотом потока из осевого направления в радиальное, определяются по формуле:

,

(42)

где в соответствии с опытными данными.

Потери на трение в радиальной части колеса и вихреобразование из-за перетекания воздуха в зазорах относительно малы, и их учитывают тем же коэффициентом.

Концевые потери в рабочем колесе ЦБК представляют собой сумму потерь, обусловленных перетеканием воздуха из диффузора через зазоры между колесом и корпусом, и потерь на трение диска о воздух.

Эти два явления имеют различную физическую природу, но связаны между собой. Поэтому в рабочих колесах ЦБК потери, вызванные перетеканием воздуха, условно включаются в работу трения диска.

Работа трения вычисляется исходя из оценки мощности трения гладкого диска вращающегося в корпусе, и расхода воздуха через колесо и определяется по формуле:

,

(43)

где

,

(44)

здесь – ширина канала на выходе из рабочего колеса. Для современных ЦБК. Коэффициент для закрытых колес рекомендуется брать в пределах, для полузакрытых. Для авиационных ЦБК справедливо: [ Ошибка! Источник ссылки не найден. ].

Полная работа, затрачиваемая на вращение рабочего колеса, определяется как сумма теоретической работы и работы трения диска:

,

(45)

Учитывая формулы (40) и (43) можно записать:

.

(46)

Для рабочих колес с радиальными лопатками () можно воспользоваться частной формулой формуле (46):

.

(47)

При расчёте ЦБК пользуются также КПД рабочего колеса ЦБК. Им учитываются потери, возникнувшие непосредственно в рабочем колесе.

Адиабатический напор в колесе по статическим параметрам определяется по формуле:

.

(48)

Адиабатический КПД рабочего колеса:

.

(49)

Для оценки КПД рабочего колеса ЦБК вводится понятие специфических оборотов:

.

(50)

У эффективного рабочего колеса, специфические обороты находится в окрестности 100 %.

3.7.10 Критерий «Де Халлера»

Критерий «Де Халлер» (De Haller) определяется как отношение скоростей в относительном движении:

.

(51)

Рисунок 18 – Отрыв потока в РК [ Ошибка! Источник ссылки не найден. ]

Критерий «Де Халлер» представляет собой коэффициент торможения воздуха в относительном движении. По нему судят, является ли рабочее колесо эффективным. При значении должен отсутствовать отрыв потока в канале рабочего колеса (Рисунок 18).

Однако не всегда, получается, выйти на такие высокие значения, так как они приводит к уменьшению ширины лопаток на выходе, что в свою очередь приводит к трудностям в диффузоре. Критерий «Де Халлер» обычно находится в интервале 0,50...0,75.

Дата добавления: 2014-01-05