Способы регулирования многоступенчатых компрессоров

Современные газотурбинные двигатели имеют компрессоры со сравнительно высокими p_к^* на проектном режиме, ступени выполняются с повышенной газодинамической нагрузкой. Опыт эксплуатации показывает, что такие компрессоры обязательно должны иметь регулируемые элементы (механизацию) для обеспечения ГДУ во всем диапазоне рабочих режимов: от малого газа до максимального. Для снижения мощности запуска и обеспечения достаточных запасов ГДУ на пусковых режимах и режимах вблизи малого газа часто входной направляющий аппарат выполняется с поворотными лопатками, тогда он называется “регулируемый направляющий аппарат” (РНА). Кроме того, за средними ступенями выполняется устройство для регулируемого перепуска воздуха. На основных рабочих режимах, на которых существенное значение имеют экономичность или величина тяги, механизация должна быть в оптимальном положении: лопатки РНА должны обеспечивать оптимальные углы атаки на входе в колеса первых ступеней, клапаны перепуска должны быть в закрытом положении. Перепуск осуществляется через щели, выполненные за рабочим колесом, или через отверстия (окна), расположенные равномерно по окружности между лопаток направляющего аппарата (рис. 6.20). Устройство перепуска располагается за средними ступенями, потому что оно предназначено для разгрузки по углам атаки первых ступеней на пониженных режимах. Если устройство расположить сразу за первыми ступеня

Р и с. 6.20. Схемы выполнения перепускного устройства: а - перепуск за рабочим колесом; 1, 2 - щель для перепуска; 3 - клапан перепуска; 4 - направляющий аппарат; б - перепускные окна на периферии направляющего аппарата; 5 - вид сверху (снаружи) на направляющий аппарат; 6 - лопатки НА; 7 - окна перепуска

ми, то при его включении нагружались бы средние ступени (по углу атаки) из-за уменьшения расхода воздуха (осевой скорости перед ними). Обычно устройство перепуска воздуха бывает открыто до частоты вращения, начиная с которой углы атаки в первых ступенях станут меньше критических, и запасы ГДУ будут достаточны с закрытыми клапанами (клапаны на этой приведенной частоте вращения закрываются). При открытом устройстве перепуска на малых режимах увеличиваются углы атаки на задних ступенях и соответственно изменяется к.п.д. Это приводит к уменьшению мощности запуска. С другой стороны, при открытом устройстве перепуска выброс воздуха в атмосферу или наружный контур ТРДД нежелателен из-за ухудшения экономичности всего двигателя, так как выбрасывается воздух, на сжатие которого затрачена энергия. Следовательно, на основных рабочих режимах устройство перепуска должно быть закрыто. Частота вращения “закрытия перепуска” устанавливается экспериментально. Лопатки РНА на малых режимах устанавливают в прикрытое положение (рис. 6.21).

Р и с. 6.21. Схема положения лопаток РНА при малых и повышенных частотах вращения: 1 - прикрытое положение; 2 - основное положение

Прикрытие лопаток РНА уменьшает углы атаки на входе в рабочее колесо (рис. 6.22). Обычно лопатки РНА имеют два положения: прикрытое и основное (пусковое и рабочее). Частота вращения, на которой нужно перекладывать лопатки в основное положение, устанавливается экспериментально, исходя из условия обеспечения достаточных запасов ГДУ, с одной стороны, и получения максимально возможных к.п.д., с другой стороны. В компрессорах двигателей, предназначенных для значительных сверхзвуковых скоростей полета (M _п>2), воз

Р и с. 6.22. Снижение угла атаки на входе в колесо при прикрытии лопаток РНА: 1 - треугольник скоростей с прикрытыми лопатками РНА; 2 - треугольник скоростей при основном положении лопаток РНА

никает необходимость регулирования нескольких направляющих аппаратов. Это обусловлено тем, что в таких двигателях компрессор должен обладать характеристикой со сравнительно большим диапазоном приведенных частот вращения, в котором требуются высокие к.п.д. при достаточных запасах ГДУ. В практике нашли применение конструкции компрессоров, у которых регулируются направляющие аппараты:

одной первой ступени;

нескольких (до семи) первых ступеней.

Р и с. 6.23. Управление поворотными лопатками первых трех ступеней многоступенчатого компрессора: Q_НА - угол поворота лопаток

Разрабатывались также конструкции с регулированием нескольких передних и задних ступеней. Очевидно, что угол поворота лопаток связан с приведенной частотой вращения. На пониженных частотах лопатки аппаратов первых ступеней будут прикрываться, а задних - раскрываться. Величина угла поворота будет наибольшей у лопаток аппаратов первых и последних ступеней и уменьшится к середине компрессора, так как на средних ступенях при изменении режима работы всего компрессора углы атаки изменяются незначительно, и, естественно, нет необходимости в регулировании их направляющих аппаратов. Примерная программа регулирования показана на рис. 6.23.

На малых частотах вращения углы атаки на входе в колеса первых ступеней выше оптимальных, а на входе в колеса последних ступеней - ниже оптимальных. Прикрывая лопатки аппаратов первых ступеней, можно уменьшать углы атаки и соответственно увеличивать запасы ГДУ первых ступеней, а раскрывая лопатки аппаратов последних ступеней, увеличивать углы атаки и к.п.д. этих ступеней. Таким образом, одновременное регулирование лопаток аппаратов первых и последних ступеней должно давать существенное улучшение характеристик компрессора и двигателя в целом.

Дата добавления: 2014-01-05