Вход в рабочее колесо

Рабочее колесо

Рабочее колесо ЦБК, вращаясь, передаёт энергию протекающему через него воздуху. Течения воздуха в рабочем колесе можно разделить на три этапа: вход в рабочее колесо, течение воздуха в межлопаточном канале и выход из рабочего колеса.

Течение воздуха на входе в ступень ЦБК носит такой же характер, как и на входе в ступень ОК. Для определения направления движения воздуха на входе в рабочие колесо строят треугольник скоростей (Рисунок 4).

Рисунок 4 – Треугольник скоростей на входе в РК

Рабочее колесо имеет в месте развёртки А‑А некоторую окружную скорость. На вход воздух поступает с абсолютной скоростью и направлен под углом к фронту решётки. Относительная скорость направлена к фронту решётки под кинематическим углом.

Углы, указанные в треугольнике скоростей (Ошибка! Источник ссылки не найден., Рисунок 4) без нижнего индекса «Л» относятся к скоростям воздушного потока. Их не следует отождествлять с конструктивными (лопаточными) углами, относящимися непосредственно к элементам проточной части компрессора.

Условие безотрывного обтекания передних кромок лучше всего выполняется, когда воздух подходит под углом атаки. Таким образом, конструктивный угол лопатки определяется как:.

Для всех рабочих колёс ЦБК характерно, что кинематический угол бета на периферии. Это обусловлено тем, что в этом интервале расход воздуха через рабочее колесо максимальный. На графике (Рисунок 5) показано, каким должен быть угол, для данных осевых () и относительных скоростей (), чтобы расход был максимальный.

Рисунок 5 – Расход воздуха в зависимости от

Глядя на треугольник скоростей (Рисунок 4) видно, что применение закрутки (когда) приводит к увеличению абсолютной скорости, угла, и тем самым к снижению относительной скорости на периферии. К этому прибегают для того, что бы число Маха на периферии передней кромки было меньше единицы, тем самым обеспечивают отсутствие скачков уплотнения и падение КПД компрессора. Однако, вводя закрутку надо помнить, что она снижает теоретический напор ступени (смотри уравнение Ошибка! Источник ссылки не найден.) и тем самым тоже немного снижает КПД компрессора.

В настоящее время созданы высоконапорные ступени ЦБК со сверхзвуковой скоростью натекания потока на передние кромки лопаток, но КПД таких ступеней ниже, чем КПД дозвуковых ступеней.

В не сильно нагруженных компрессорах поток набегает на входные кромки под углом, то есть без закрутки. В противоположном случае можно теоретически реализовать такое рабочие колесо, когда закрутка столь велика, что. Такое колесо будет технологичным, но проиграет по всем остальным параметрам, поэтому в авиации такие не встречаются.

В общем случае изменение окружной составляющей скорости по радиусу (закрутку) можно задать в виде условия:

.

(13)

При различных в пределах от +1 до –1 получаются разные законы закрутки. Так, при реализуется закон постоянства циркуляции, при реализуется закон вращения твёрдого тела.

Закрутка потока перед рабочим колесом заметно влияет на величину теоретического напора компрессора. В общем случае это влияние можно учесть коэффициентом неравномерности потока ([ Ошибка! Источник ссылки не найден. ], стр. 133), который добавим в уравнение Ошибка! Источник ссылки не найден.. Получим:

.

(14)

При законе постоянной циркуляции () установлено, что коэффициент. Для закона вращения твёрдого тела () приблизительно справедливо:

.

(15)

Приняв допущение, что зависимость в интервале линейная, можно определить для любого промежуточного закона закрутки по формуле:

.

(16)

Дата добавления: 2014-01-05