Выход из рабочего колеса при бесконечном числе лопаток

Классификация рабочих колес ЦБК

Рабочие колеса классифицируются по двум признакам – по конструкции и по величине выходного угла лопаток.

По конструктивному признаку различают:

1. рабочие колеса открытые (Рисунок 6, а);

2. рабочие колеса полуоткрытые (полузакрытые) (Рисунок 6, б);

3. рабочие колеса закрытые (Рисунок 6, в)

Рисунок 6 – Классификация рабочих колес ЦБК по конструктивному признаку: а –РК открытое; б – РК полузакрытое; в – РК закрытое; г – РК двухстороннее

Открытые рабочие колеса представляют собой систему лопаток, укреплённых на центральной втулке. Существенным недостатком таких колес являются повышенные вибрационные напряжения в лопатках, приводящие к их поломкам.

Закрытые колеса имеют на периферии лопаток покрывной диск, благодаря которому межлопаточные каналы совершенно изолированы от корпуса. Такие колеса обеспечивают наибольший КПД, но сложны в производстве и их прочность ниже, чем прочность полуоткрытых колес.

В авиации применяются полузакрытые (полуоткрытые) рабочие колеса. Они достаточно прочны, технологичны и имеют высокий КПД. Для увеличения расхода воздуха или снижения диаметра, рабочее колесо может выть выполнено с двухсторонним входом (Рисунок 6, г). При одном и том же расходу воздуха наружный диаметр снижается в раз по сравнению с ЦБК с односторонним входом [ Ошибка! Источник ссылки не найден. ] (стр. 153).

Далее рабочие колеса классифицируются по характерной величине выходного угла лопаток на:

1. рабочие колеса с радиальными лопатками (Рисунок 7, б);

2. рабочие колеса с лопатками загнутыми против вращения (Рисунок 7, а);

3. рабочие колеса с лопатками загнутыми по вращению (Рисунок 7, в).

Рисунок 7 – Классификация рабочих колес ЦБК по величине выходного угла:а – РК с лопатками загнутыми против вращения; б – РК с радиальными лопатками; в – РК с лопатками загнутыми по вращению;

При движении частиц воздуха по криволинейной поверхности лопатки на них будут действовать кроме кориолисовых тоже инерционные силы. При этом если лопатки рабочего колеса загнуты по направлению вращения (), то инерционные силы прижимают частицы воздуха к набегающей поверхности лопаток усиливая влияние сил Кориолиса. Если же лопатки компрессора загнуты против вращения (), то инерционные силы будут отжимать частицы воздуха от набегающей стороны лопатки. Во втором случае (Рисунок 7, в) напор компрессора по сравнению с напором компрессора, имеющего радиальные лопатки () рабочего колеса (Рисунок 7, б), уменьшается, а в первом случае (Рисунок 7, а) увеличивается (см. также раздел 0).

Рисунок 8 – Изменение проходного сечения и длины канала РК в зависимости от выходного угла

Также надо показать, как качественно изменяется проходное сечение и длина канала разных рабочих колес (Рисунок 8).

В авиации долгое время, в основном из-за технологических соображений, использовались радиальные лопатки. Но примерно от 70-х годов в новых разработках авиационных ГТД встречаются только рабочие колеса, имеющие лопатки загнутые против направления вращения (), так как они имеют самое высокое КПД.

Рассмотрим треугольник скоростей (Рисунок 9) на выходе из рабочего колеса ЦБК в предположении, что число лопаток колеса. Тогда линии тока и углы на выходе будут совпадать с контурами лопаток, то есть – на движение воздуха не будут оказывать влияние его масса.

Рисунок 9 – Треугольник скоростей на выходе из РК (при)	Рисунок 10 – Зависимость коэффициента напора (при) от угла и относительной скорости

Предположим также, что предварительной закрутки потока на входе нет, то есть. Тогда согласно уравнению (14), теоретический напор компрессора:

,

(17)

где индекс означает, что рассматривается случай с бесконечно большим числом лопаток.

Коэффициент теоретического напора (2) принимает вид:

.

(18)

Из треугольника скоростей (Рисунок 7) имеем:

.

(19)

На графике (Рисунок 10) приведена зависимость теоретического напора, который определяется по формуле:

.

(20)

Очевидно, что при любом значении, если угол, то коэффициент теоретического напора. Если же, то и. При получим и коэффициент теоретического напора.

Дата добавления: 2014-01-05