Характеристики компрессоров

Выходное устройство

Лопаточный диффузор

Лопаточный диффузор представляет собой ряд лопаток, установленных равномерно по окружности в кольцевой щели (Рисунок 1). Существует несколько типов лопаточных диффузоров (Рисунок 20).

Рисунок 20 – Типы лопаточных диффузоров

В ГТД применяется чаше всего аэродинамический лопаточный диффузор или диффузор с лопатками дуговой формы постоянной толщины.

В лопаточном диффузоре из-за воздействия лопаток скорость воздуха снижется более интенсивно, чем в безлопаточном диффузоре. При этом на выходе из лопаточного диффузора угол, так как на входе в него. Если принять ширину диффузора постоянной (), то отношение проходных сечений составит:

,

(65)

то есть в раз больше, чем в безлопаточном диффузоре той же радиальной протяжённости. Поэтому в лопаточном диффузоре уменьшение скорости и повышение давления значительно больше, чем в безлопаточном.

Кроме увеличения степени уширения, постановка лопаток в кольцевой щели за безлопаточным диффузором сокращает длину траектории частиц воздуха при их движении по диффузору, а это ведёт к уменьшению потерь и соответственно увеличению КПД компрессора.

В авиационных ЦБК обычно число лопаток диффузора. Увеличение числа лопаток уменьшает потери от отрыва потока, но при этом возрастают потери на трение. Во избежание пульсации число лопаток не должно быть кратным числу лопаток рабочего колеса.

Ширина диффузора может быть постоянной или может увеличиваться в сторону увеличения диаметра, в таком случае конструкция позволяет несколько уменьшить диаметр, а тем самым и габариты всего компрессора. Но этот путь может привести к снижению КПД компрессора из-за увеличения диффузорности и появлении срывных течений в нём.

Профилирование лопаток диффузора можно осуществить, решая обратную задачу при известном распределении скоростей в расширяющемся канале диффузора.

После лопаточного диффузора воздух поступает в выходное устройство, которое в зависимости от назначения и места компрессора в энергетической установке имеет различные конструктивные формы. В выходном устройстве продолжается процесс сжатия воздуха. В типичном выходном устройстве ГТД (Рисунок 1) поворачивается поток на 90˚, после чего воздух заходит в лопаточную решётку, где воздух направляется с нужной закруткой в камеру сгорания.

3.8.1 Характеристики компрессорных решёток

Для правильного выбора режима работы лопаточных венцов и понимания сути физических процессов, происходящих в различных условиях эксплуатации, необходимо знать, как изменяются Db и x при изменении угла атаки i. Зависимости Db = f (i) и x = f (i) и называются характеристиками компрессорных решёток профилей. В авиационной практике такие характеристики получают в основном экспериментально.

Рассмотрим типовой стенд для испытания дозвуковых компрессорных решёток, работающий на перепаде давлений, создаваемом вакуум-насосом (рис. 2.21).

Р и с. 2.21. Схема стенда для испытания дозвуковых компрессорных решёток

Воздух из атмосферы поступает в диффузор 1, в котором поток выравнивается, а затем подается в рабочую часть 2. В рабочей части установлен блок 3 испытываемой плоской решётки. Из решётки воздух подается в выхлопной корпус 4, откуда осуществляется его откачка вакуум-насосом. Перед решёткой и за ней расположены плоскости 5 и 6 для измерения параметров потока.

На входе в решётку обычно измеряют статическое p ₁ и полное p ₁^* давления, а также полную температуру T ₁^*. Угол b₁ (или угол атаки i) устанавливается при соответствующем расположении блока 3 по отношению к вектору скорости w ₁.

На выходе из решётки, в плоскости 6, измеряются: p ₂, p ₂^*, а также b₂. Эти измерения позволяют построить экспериментальные зависимости Db = f (i) и x = f (i). Действительно, по отношению p_i / p_i ^* определяется приведенная скорость l_i, а по величине T_i ^* - критическая скорость a _{кр i}. В результате легко определяется физическая скорость w_i = l_i a _{кр i}, а следовательно и ее составляющие – w_{u i} и w_{a i}. Используя выражения (2.40) и (2.45), можно построить зависимости Db = f (i) и x = f (i).

Наиболее наглядными эти характеристики получаются при малых скоростях потока (l _{w 1} = 0,3...0,4), когда влияние сжимаемости и вязкости сказывается слабо. Анализ типовой характеристики плоской компрессорной решётки при малых скоростях потока показывает, что коэффициент потерь энергии x имеет минимальное значение при некотором угле атаки i _{x min} (рис. 2.22, а), а угол поворота потока Db имеет максимальное значение при некотором угле атаки i _кр.

Р и с. 2.22. Характеристика компрессорной решётки: а - зависимость Db = f (i) и x = f (i); б - схема обтекания решётки при различных i

Согласно результатам [19], изменение i на входе в решетку практически не сказывается на характере течения на выходе из нее, и b₂ не изменяется. Тогда величина угла поворота потока в решётке, определяемая выражением Db = Q + i - d будет зависеть только от угла атаки i. Естественно, что при увеличении i, т.е. при переходе из области отрицательных значений в положительную (см. рис. 2.22, б), Db возрастает. Следовательно, увеличивается закрутка D w_u и сообщаемая воздуху работа H_th.

С этой точки зрения режим работы решётки при угле атаки i _{x min} не является выгодным по причине малости Db _min (см. рис. 2.22, а). При i > i _{x min} величина Db возрастает более интенсивно, нежели увеличивается сопротивление решётки x, и это продолжается до тех пор, пока i не достигает значения i _кр, при котором возникает срыв потока со спинки профиля. Этот срыв более опасен, чем отрыв потока на корытце профиля [19], поэтому при достижении i = i _кр наблюдается резкое снижение Db и соответствующее возрастание x.

При выборе режима работы решётки компрессора, несмотря на достижение Db _max (см. рис. 2.22, а) при i = i _кр, назначают номинальный угол атаки i _ном, при котором Db^* = 0,8 Db _max. Это позволяет обеспечить некоторый запас устойчивой работы решеток на случай возможных отклонений от расчетных условий. Величина i _ном лежит обычно в пределах ± 5°.

Дата добавления: 2014-01-05