Ступень осевого компрессора

Тема 6.3 Осевые компрессоры

Основные понятия. Осевой компрессор комбинируется из нескольких ступеней давления. Каждая ступень состоит из вращающегося венца рабочих и неподвижного венца направляющих лопастей, представляющих собой круговые плоские лопастные решетки (рис. 6.18).

Рисунок 6.18 Ступень осевого компрессора. Выделение элементарной ступени

Рабочие лопасти закреплены на дисках или барабане ротора, направляющие - жестко посажены в корпусе компрессора.

Первая ступень компрессора может выполняться с входными направляющими лопастями или без них. Последняя ступень всегда выполняется с входными направляющими лопастями, назначение которых в этом случае состоит в раскручивании потока и уменьшении выходных потерь энергии.

Выделим, как указано на рис. 6.18 и 6.19, ступень малой радиальной протяженности , называемую элементарной ступенью. В пределах длины элементарной ступени параллелограммы ступеней неизменны.

Радиус элементарной ступени r=const, и энергия, передаваемая газу рабочими лопастями осевого компрессора при определяется формулой

(6.57)

Используя уравнение неразрывности и геометрические соотношения между элементами параллелограммов скоростей, получаем

(6.58)

Приближенно, полагая , получаем

(6.59)

Если полагать, что процесс в рабочем колесе протекает без потерь, то энергия, подводимая к газу, определяемая по (6.58) и (6.59), повышает его энергию и определяется разностью энтальпий заторможенного потока

Следовательно,

(6.60)

КПД элементарной ступени. Уравнение энергии потока

(6.61)

Где - потери энергии ступени, слагающиеся из потерь энергии в рабочих каналах и направляющих аппаратах.

Последнее уравнение приводит к виду

.

Действительная энергия, которую приобретает поток газа в компрессорной ступени,

(6.62)

Аэродинамическое совершенство ступени принято оценивать отношением , называемым внутренним КПД (отмечается индексом i):

(6.63)

Если процесс ступени протекает политропно, то действительная удельная энергия вычисляется по известному соотношению

и в этом случае внутренний КПД ступени, вычисляемый по (6.63), называют внутренним политропным КПД .

Оценка совершенства компрессора с неинтенсивным охлаждением производится при помощи изоэнтропного КПД. Поэтому для ступеней осевых компрессоров удобно применять внутренний изоэнтропный КПД, значение которого можно вычислить по (6.63), полагая процесс, описываемый числителем этой формулы, изоэнтропным. Преобразование равенства (6.63) в этом случае приводят к следующим формулам для вычисления по параметрам торможения:

(6.64)

(6.69)

Для ступеней современных стационарных осевых воздушных компрессоров степень повышения давления . При этих условиях .

Степень реактивности ступени. Ступени осевых компрессоров принято характеризовать степенью реактивности . Используем формулу

.

Преобразование этого равенства приводит к более простой форме для выражения степени реактивности

(6.66)

Ступени осевых компрессоров выполняются с . Рассмотрим особенности решеток ступени со степенями реактивности 0,5 и 1,0.

Ступень с . Параллелограммы скоростей показаны на рис. 6.20, из которого очевидны соотношения

.

Рисунок 6.20 Параллелограммы скоростей ступени

Решетка рабочих лопастей увеличивает закрутку потока: , и следовательно, и . Отсюда следует .

Последнее неравенство показывает, что межлопастные каналы рабочего колеса ступени с =0,5 являются диффузорами. В низ происходит уменьшение относительной скорости и превращение кинетической энергии относительного движения в потенциальную энергию.

Степень реактивности обусловливает такое соотношение между элементами планов скоростей и такие формы межлопастных каналов, при которых потери энергии в ступени окажутся малыми. Этим объясняется широкое применение ступеней с в стационарных осевых компрессорах.

Ступень с . Из уравнения (6.66) для этого случая получаем . Параллелограммы скоростей даны скоростей на рис. 6.21.

Рисунок 6.21 Параллелограммы скоростей ступени

Геометрически очевидны соотношения

Из которых следует .

Поэтому увеличение энергии давления (сжатие) в рабочем колесе ступени без учета потерь составляет

.

Из параллелограмма скоростей (рис. 6.21) при условии следует .

В ступенях с (100 % - ная реактивность) энергия получается в ступени только в потенциальной форме (давление). Сжатие происходит в межлопастных каналах рабочего колеса.

Направляющие лопаточные венцы, расположенные между рабочими решетками, в этом случае не меняют значение абсолютной скорости, но изменяют лишь ее направление соответственно требуемым углам и .

Ступень с осевым входом и выходом. Рассмотрим случай, когда газ подводится к ступени и отводится от нее в следующую ступень в осевом направлении: (рис. 6.22)

Рисунок 6.22 Параллелограммы скоростей ступени

Пусть . Степень реактивности такой ступени

.

Очевидно, что , следовательно, в межлопастных каналах рабочего колеса происходит повышение давления как результат уменьшения кинетической энергии относительного движения.

Без учета потерь энергии прирост энергии давления, Дж/кг,

.

Направляющий аппарат ступени с =0,75 обладает свойствами диффузора, потому что в нем происходит понижение скорости абсолютного движения от до . Результатом этого является повышение давления, эквивалентное уменьшению кинетической энергии абсолютного движения.

Ступени такого типа широко применяются в стационарных компрессорах.

Дата добавления: 2014-12-08