Безлопаточный диффузор

Рабочий процесс в диффузоре ЦБК

На выходе из рабочего колеса ЦБК абсолютная скорость, являющаяся функцией окружной скорости, расхода воздуха, числа лопаток рабочего колеса и их формы, может достигать, а число Маха. Для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления применяют диффузоры. Сначала воздух после рабочего колеса поступает в безлопаточный диффузор, а затем в большинстве случаях в лопаточный диффузор (Рисунок 1).

Безлопаточный диффузор, иногда его называют щелевой диффузор, представляет собой кольцевую щель с параллельными или расходящимися в сторону больших диаметров стенками. Движение воздуха в диффузоре обладает всеми особенностями движения в расширяющемся канале, где кроме потерь на трение имеются ещё потери, вызванные наличием вихрей и срыва потока.

В безлопаточном диффузоре имеется только момент трения. Поэтому в случае осреднённого потока момент количества движения в окружном направлении можно записать в виде:

.

(52)

Если пренебречь трением, то в безлопаточном диффузоре поток подчиняется закону потенциального вихря:

.

(53)

Из уравнения (53) вытекает формула для определения окружной составляющей абсолютной скорости на выходе:

.

(54)

Согласно уравнению расхода в любом сечении безлопаточного диффузора справедливо:

	,	(55)
	,	(56)

из чего следует пропорциональность:

,

(57)

и если считать, то можно записать:

.

(58)

Из уравнения (58) вытекает формула для определения радиальной составляющей абсолютной скорости на выходе:

.

(59)

Угол потока на выходе:

.

(60)

Если стенки параллельны (), то, и частицы воздуха будут двигаться по траектории логарифмической спирали (Рисунок 19).

Рисунок 19 – Логарифмическая спираль

В действительности из-за наличия трения угол не постоянен и траектория частиц воздуха немного отличается от логарифмической спирали, но в приближённом расчёте, для случая, считаем, что частица движется по этой траектории.

Угол выхода потока на выходе из диффузора обычно не велик и на расчётном режиме равен.

Так как потери в диффузоре сильно возрастают с увеличением длины траектории протекающего воздуха, возникает потребность оценить эту траекторию.

Длину траектории частицы воздуха, протекающей в безлопаточном диффузоре, можно приблизительно вычислить с помощью формул:

	,	(61)
	.	(62)

Следовательно, длина траектории приблизительно в четыре раза превышает радиальную протяжённость диффузора (Рисунок 19). Это на много выше того, чего можно реализовать в лопаточном диффузоре.

Поэтому может возникнуть вопрос о целесообразности использования безлопаточного диффузора с точки зрения высокого КПД компрессора. Однако, безлопаточный диффузор обладает одним большим достоинством. В нём можно снизить сверхзвуковую скорость в дозвуковую скорость без скачков уплотнения. Поэтому безлопаточный диффузор применяют, когда число Маха абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса и скорость гасит обычно до – числа Маха на выходе из безлопаточного диффузора.

В составе ЦБК безлопаточный диффузор также необходим для выравнивания потока воздуха перед лопаточным диффузором, даже когда. Для этого достаточно, если относительная радиальная протяжённость находится в пределе:

.

(63)

Проектирование проводится заданием значения, с помощью соотношения (58) и газодинамического соотношения:

.

(64)

Расчёт с принятыми допущениями (отсутствие трения,), даёт только приблизительное решение. Ошибка составляет примерно 5 % [ Ошибка! Источник ссылки не найден. ].

Дата добавления: 2014-01-05