Изменение размеров проточной части компрессора

Основные параметры многоступенчатого компрессора

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Степень повышения давления в одной ступени осевого компрессора обычно не превышает 1,7; общая степень повышения давления в компрессоре составляет 10..40, что достигается использованием многоступенчатых конструкций. Условимся сечение перед входом в направляющий аппарат компрессора обозначать «в», на входе в ступени – I, II, III, IV и т.д. Если ВНА отсутствует, то сечения «в» и I совпадают. Сечение «к» находится за последней ступенью компрессора. Число ступеней современных авиационных компрессоров составляет от 6 до 17.

Для характеристики компрессоров в целом используют следующие параметры:

Степень повышения давления

или 3.1

Удельная производительность, т.е. расход воздуха через единицу общей габаритной площади на входе в компрессор

3.2

Работа вращения вала компрессора и изоэнтропическая работа, которые определяются из уравнения сохранения энергии

,

или, после преобразований:

3.3

Изоэнтр опический КПД компрессора (характеризует термодинамическое совершенство компрессора)

3.4

Мощность, затрачиваемая на вращение компрессора

3.5

Рассмотрим связь некоторых параметров одноступенчатого компрессора и его ступеней.

Работа, затрачиваемая на вращение компрессора, в соответствии с уравнением сохранения энергии равна сумме работ на вращение всех ступеней:

3.6

Степень повышения давления в компрессоре равна произведению степеней повышения давления в отдельных ступенях:

3.7

Связь КПД компрессора и ступеней. Из уравнения 3.4 следует

Аналогичное уравнение можно записать и для любой ступени. Согласно уравнению 3.6 можно записать, откуда

3.8

Если принять, что КПД у всех ступеней одинаков и обозначить его, то последнее уравнение примет вид:

3.9

Запишем уравнение неразрывности для входного и выходного сечений компрессора. Из него следует, что увеличение плотности воздуха по мере его сжатия должно сопровождаться либо снижением осевой составляющей абсолютной скорости, либо уменьшением площади проточной части (что и делается обычно). Если для всех ступеней компрессора, то высота лопаток последних ступеней окажется очень мала, что приведёт к резкому увеличению концевых потерь и снижению КПД.

Для того, чтобы не уменьшать резко высоту лопаток, надо на последних ступенях уменьшать. Однако интенсивное уменьшение этой скорости может вызвать значительное уменьшение угла, такое, что решётка уже не сможет осуществить бессрывной поворот потока.

Наименьшее значение связано с минимально допустимым значением угла, которое примерно равно 30°. Обычно на последних ступенях составляет 110..120 м/с.

Уменьшение высоты лопаток от ступени к ступени можно осуществлять уменьшением наружного диаметра, увеличением диаметра втулки или одновременным изменением периферийного и втулочного диаметров при сохранении постоянным среднего диаметра.

При средний диаметр растёт, поэтому растёт работа, передаваемая воздуху на средних и последних ступенях, что может привести к уменьшению числа ступеней. Однако при прочих равных условиях более интенсивно уменьшается высота лопаток последних ступеней, что снижает КПД компрессора.

При условии уменьшается диаметр, что способствует менее резкому снижению высоты лопаток, но уменьшается работа, передаваемая воздуху на средних и последних ступенях. Число ступеней возрастает.

Именно поэтому в авиационных ГТД часто применяют схему. Она является компромиссом двух предыдущих схем в том смысле, что обладает недостатками последних в меньшей степени, хотя и является технологически более сложной.

Р и с. 3.5. Характерное изменение параметров потока в МОК

Дата добавления: 2014-01-05